tesis doctoral metodología para el retrofit de procesos químicos
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ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D'ENGINYERIA QUÍMICA
DEPARTAMENT D'ENGINYERIA QUÍMICA
TESIS DOCTORAL
METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA
REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA
presentada por
ANTONIO RODRÍGUEZ MARTÍNEZ
para optar al grado de Doctor en Ingeniería Química y de Procesos
por la Universitat Rovira i Virgili
Tesis dirigida por el Dr. René Bañares-Alcántara
Tarragona, Abril de 2005
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
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METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA
REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA
Comité de Tesis Dr. Alberto Coronas Salcedo Departament D'Enginyeria Mecànica Universitat Rovira i Virgili Dr. Antonio Espuña Camarasa Departament d'Enginyeria Química Universitat Politècnica de Catalunya Dr. José Antonio Caballero Suárez Departamento de Ingeniería Química Universidad de Alicante Dr. Josep Vehi Casellas Departament d’Electrònica, Informàtica i Automàtica Universitat de Girona Dr. Ignasi Rodriguez-Roda Departament d’Enginyeria Química Universitat de Girona Dr. Ildefonso Cuesta Departament D'Enginyeria Mecànica Universitat Rovira i Virgili Dr. Allan Mackie Departament d'Enginyeria Química Universitat Rovira i Virgili
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DEDICATORIA
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D E D I C A T O R I A
A todos los seres vivos y muertos que sienten o han sentido algún tipo de cariño por mi. A mis padres Wulfrano y Enriqueta por haberme dado el Don de la VIDA. A mis hermanos Alma Delia y Andrés por compartir la misma sangre. A mis sobrinos Diana, Andrés y Eduardo por compartir casi la misma sangre. A mis cuñados Matilde y Gerardo por ser parte de mi familia. A Gabriela por caminar a mi lado. A mis dos hijos Alejandro y Fernando por darme fuerzas para continuar día a día. A toda mi hermosa y gran familia.
A todos ustedes con cariño,
Antonio
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Departament d’Enginyeria Química
I
C O N T E N I D O
AGRADECIMIENTOS............................................................................................ V
RESUMEN ........................................................................................................... VII
LISTA DE FIGURAS............................................................................................. IX
LISTA DE TABLAS ............................................................................................. XII
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................ 1
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ......................................................................2
1.2. OBJETIVOS ......................................................................................................3
1.2.1 GENERAL ................................................................................................3
1.2.2 PARTICULARES ........................................................................................3
1.3. ESTADO DEL ARTE............................................................................................4
1.4. HIPÓTESIS.....................................................................................................11
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS ...........................................................................15
2.1. METODOLOGÍA DE DOUGLAS ...........................................................................16
2.2. SISTEMAS BASADOS EN CONOCIMIENTO ...........................................................18
2.2.1. MODELOS MÚLTIPLES.............................................................................23
2.2.2. RAZONAMIENTO BASADO EN CASOS..........................................................24
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II
2.3. METODOLOGÍAS DE RETROFIT DE PROCESOS ................................................. 26
2.4. RESUMEN ................................................................................................... 30
CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS ........................................................................................................... 31
3.1. EXTRACCIÓN DE INFORMACIÓN...................................................................... 33
3.2. ANÁLISIS Y REPRESENTACIÓN ....................................................................... 34
3.2.1. GENERACIÓN DE NIVELES DE ABSTRACCIÓN ............................................ 36
3.3. GENERACIÓN DE ALTERNATIVAS.................................................................... 39
3.4. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS..................................................................... 40
3.5. RESUMEN ................................................................................................... 41
CAPÍTULO 4. IMPLEMENTACIÓN DE LA METODOLOGÍA DE RETROFIT ..... 43
4.1. ONTOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS ................................................ 44
4.2. HEAD ......................................................................................................... 47
4.2.1. ETSEQ-CODE CREATOR..................................................................... 48
4.2.2. EXTRACCIÓN Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN.............................................. 51
4.3. AHA!........................................................................................................... 54
4.3.1. REPRESENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO .................................................. 54
4.3.1.1. MODELO FUNCIONAL..................................................................... 54
4.3.1.2. MODELO TELEOLÓGICO................................................................. 56
4.3.2. GENERACIÓN DE NIVELES DE ABSTRACCIÓN............................................ 61
4.4. RETRO ...................................................................................................... 65
4.4.1. BÚSQUEDA E IDENTIFICACIÓN DE SECCIONES SUSCEPTIBLES
DE RETROFIT ........................................................................................ 65
4.4.2. RAZONAMIENTO BASADO EN CASOS ........................................................ 66
4.4.2.1. INDEXADO DE CASOS ...................................................................... 67
4.4.2.2. RECUPERACIÓN DE CASOS.............................................................. 69
4.4.3. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN .......................................... 72
4.5. RESUMEN ................................................................................................... 74
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III
CAPÍTULO 5. RESULTADOS Y DISCUSION...................................................... 75
5.1. CASOS DE ESTUDIO ........................................................................................76
5.1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE AMONIACO ..............................................76
5.1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ACETONA................................................80
5.2. HEAD...........................................................................................................81
5.3. AHA! ............................................................................................................84
5.3.1. GENERACIÓN DE NIVELES DE ABSTRACCIÓN...............................................85
5.3.2. INFORMACIÓN DE UNITS O META-UNITS......................................................96
5.3.3. NAVEGACIÓN ENTRE NIVELES DE ABSTRACCIÓN .........................................99
5.3.4. IDENTIFICACIÓN DE SECCIONES DE PROCESO...........................................101
5.4. RETRO .....................................................................................................102
5.4.1. CRITERIOS DE RETROFIT ......................................................................102
5.4.2. RECUPERACIÓN DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN....................................104
5.4.3. ADAPTACIÓN DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN ........................................108
5.5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.........................................................................114
5.6. RESUMEN ...................................................................................................117
CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES, CONTRIBUCIONES Y TRABAJO FUTURO 119
6.1. CONCLUSIONES ...........................................................................................120
6.2. CONTRIBUCIONES ........................................................................................123
6.3. TRABAJOS FUTUROS.....................................................................................124
REFERENCIAS...................................................................................................125
PUBLICACIONES...............................................................................................133
CURRICULUM VITAE ........................................................................................137
RESUMEN EN INGLÉS ......................................................................................139
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IV
ANEXOS ............................................................................................................ 141
ANEXO 1. ESTRUCTURAS DE DATOS PARA EQUIPOS Y DISPOSITIVOS DE PROCESO. .A1-1
ANEXO 2. CÓDIGO FUENTE DE HEAD. ................................................................A2-1
ANEXO 3. SISTEMA DE REGLAS DE PRODUCCIÓN PARA EL MODELO TELEOLÓGICO. ..A3-1
ANEXO 4. REGLAS DE AGRUPAMIENTO DE EQUIPOS DE PROCESO. . .......................A4-1
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V
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer,
Al Dr. René Bañares-Alcántara por su apoyo y guía durante el desarrollo del
presente trabajo de investigación, así como a la Dra. Marta Schuhmacher por sus
consejos y ayuda en los últimos años de investigación.
A los doctores Alberto Coronas Salcedo, Antonio Espuña Camarasa, José Antonio
Caballero Suárez, Josep Vehí Casellas, Ignasi Rodríguez-Roda, Ildefonso Cuesta
y Allan Mackie por haber aceptado ser miembros del comité de evaluación de
tesis.
Al Ing. Iván López Arévalo y la Dra. Arantza Aldea por su invaluable colaboración.
A todos los integrantes del grupo de Análisis y Gestión Ambiental (AGA) por su
amistad y apoyo durante mi estancia en el Departamento de Ingeniería Química;
en especial a los doctores Francesc Castells y Laureano Jiménez.
Al Departamento de Ingeniería Química de la Universitat Rovira i Virgili y a la
misma universidad por su apoyo administrativo, recursos materiales y económicos
para asistir a cursos y congresos dentro y fuera de España. En especial al Sr.
Samuel García, a la Sra. Nuria Juanpere y la Sra. Dolors Marlol. Además mi
agradecimiento al personal del Servei de Recursos Informàtics por su ayuda en
momentos difíciles con el ordenador. En especial al Sr. Antoni Giribet y Alexis
Villanueva.
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VI
A todos los integrantes del grupo Modal Intervals and Control Engineering (MICE)
por su amistad y apoyo durante mi estancia en el Departamento de Electrónica,
Informática y Automática de la Universitat de Girona; en especial a los doctores
Josep Vehí, Miguel A. Sainz, Joaquim Armengol, Ningsu Luo y Remei Calm. En
especial a Raül por su apoyo informático. A los compañeros de café en Girona:
Magda, Lucho, Javier, Salvador, Gabriel, Ronald, Silvana, Sonia y Araceli.
A mis amigos, compañeros de despacho y “mini-comedor” del DEQ por hacer mi
estancia tan agradable (sobre todo a la hora del café); En especial a Israel,
Haydeé, Isabela, Pàmies, Montse, Paula y Justyna.
A mis amigos extramuros de la universidad en Tarragona por brindarme la
oportunidad de conocer otras formas de pensar y hacer mas llevadera la vida; en
especial a Israel, Edith, Camy, Guillermo, Lulu, Betito, Juan y Mary, Pili, Lourdes y
Antonio, Joana y Balta (Esther), Josep y Nuria (Olga), Mary y Rafa (además por
su rico pan), Juanito y Marta, Ivan y Yoria.
A la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería y al Programa de Mejoramiento
del Profesorado (PROMEP) de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos
(México) por el apoyo económico para la realización de mi doctorado.
A la Fundación Caixa de Sabadell por el premio económico recibido pero sobre
todo por el estimulo moral que éste me proporcionó.
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VII
RESUMEN
Los procesos industriales en operación deben ser evaluados periódicamente para
satisfacer las demandas económicas (coste de producción, eficiencia, etc.) y
medioambientales (disminución de emisiones atmosféricas, residuos, etc.) a las
que se ven sometidos. Una de las formas de hacer esta tarea es mediante el
retrofit.
El objetivo de este trabajo fue desarrollar una metodología para el retrofit de
procesos químicos basada en representaciones jerárquicas para hacer mas
eficiente y menos costosa la evaluación de nuevas condiciones de operación.
La metodología se fundamenta en:
La aplicación de manera inversa del procedimiento de diseño jerárquico
de Douglas [Douglas, 1988].
La representación de procesos mediante diagramas de bloques genéricos
de Turton [Turton et al., 1998].
La estructura básica de los sistemas basados en conocimientos (base de
conocimiento, motor de inferencia e interfaz de usuario) [Han et al., 1996]
La metodología que se planteo para el retrofit de proceso integra conocimientos
relacionados con el retrofit, diseño, síntesis y análisis de procesos, de forma que
se logró diseñar e implementar herramientas informáticas de apoyo al retrofit de
procesos. Además de los conocimientos de ingeniería química antes
mencionados, se incorporaron conocimientos del área de ingeniería informática
para desarrollar un sistema basado en conocimientos utilizando algoritmos
computacionales de comunicación, visualización y técnicas de inteligencia
artificial.
La metodología consiste de cuatro etapas generales:
1. Extracción de la información.
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VIII
2. Análisis y representación de la información.
3. Generación de alternativas de solución.
4. Adaptación y evaluación de alternativas de solución.
La metodología se implementó en un Sistema Basado en Conocimientos (SBC).
El SBC está formado por tres prototipos informáticos y una ontología que sirve de
base para un lenguaje común entre los prototipos. Los prototipos son:
HEAD (Hysys Extraction Data), el cual permite la extracción de
información de procesos simulados con ayuda del simulador comercial
Hysys.Plant™.
AHA! (Automatic Hierarchical Abstraction tool) el cual realiza el análisis y
la representación de la información proporcionada por HEAD mediante el
enfoque de modelos múltiples. Uno de los objetivos de AHA! es la
generación de niveles de abstracción que permitan al usuario comprender
e identificar las secciones de un proceso químico.
RETRO (Reverse Engineering Tool for Retrofit Options), el cual realiza
una búsqueda de secciones susceptibles de mejora con base en
información proporcionada por el usuario y unos criterios funcionales,
para posteriormente generar y evaluar alternativas de solución mediante
un sistema de razonamiento basado en casos.
El SBC ha sido validado con 50 procesos químicos. Ha sido aplicado
detalladamente a los procesos de producción de amoniaco y acetona con
resultados satisfactorios en cuanto a la reducción del tiempo y complejidad de las
tareas de análisis, representación y generación de alternativas de solución
durante el retrofit.
Los avances y resultados de la investigación se han publicado en 9 artículos (3 en
revistas internacionales, 1 en un libro y 5 en libros de congresos con revisores) y
se han presentado en 10 congresos internacionales (7 ponencias y 3 pósters) y 3
nacionales (3 pósters).
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IX
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. JERARQUÍA DE DECISIONES DE DOUGLAS ................................................16
FIGURA 2. NIVELES DE ABSTRACCIÓN PARA APLICAR RETROFIT A UN PROCESO
QUÍMICO.............................................................................................................. 18
FIGURA 3. METODOLOGÍA DE RETROFIT DE PROCESOS.............................................32
FIGURA 4. GENERACIÓN DE NIVELES DE ABSTRACCIÓN.............................................37
FIGURA 5. JERARQUÍA DE META-MODELOS ..............................................................38
FIGURA 6. EXTENSIÓN E INSTANCIACIÓN DE CONCEPTOS EN SUMO .........................45
FIGURA 7. ESTRUCTURA JERÁRQUICA EN UNA ONTOLOGÍA........................................46
FIGURA 8. OBJETOS CONTENIDOS DENTRO DE “OPERATIONS” ..................................49
FIGURA 9. GENERACIÓN DE CÓDIGO PARA DECLARACIÓN DE VARIABLES ....................50
FIGURA 10. MODIFICACIÓN/ADICIÓN DE OBJETOS EN LA BASE DE DATOS ....................50
FIGURA 11. INTERFAZ DE USUARIO DE HEAD..........................................................52
FIGURA 12. JERARQUÍA DE FUNCIONES: ICONOS DE EQUIPOS Y DISPOSITIVOS
DE PROCESO ........................................................................................................56
FIGURA 13. ALTERNATIVAS PARA GENERAR EL MODELO TELEOLÓGICO DE
UNIT/META-UNITS .................................................................................................58
FIGURA 14. DIAGRAMA GENERAL DEL SISTEMA DE REGLAS DE PRODUCCIÓN PARA
GENERAR EL MODELO TELEOLÓGICO DE UNA UNIT O META-UNIT................................60
FIGURA 15. GENERACIÓN DE BLOQUESFUNCIONALES A PARTIR DE UNA
JERARQUÍA DE FUNCIONES.....................................................................................61
FIGURA 16. JERARQUÍA DE PRECEDENCIA ...............................................................62
FIGURA 17. GENERACIÓN DE META-UNITS ..............................................................63
FIGURA 18. AGRUPACIÓN CON DIFERENTES JERARQUÍAS DE PRECEDENCIA................64
FIGURA 19. RELACIONES PADRE-HIJO EN UN PROCEDIMIENTO DE ABSTRACCIÓN ........68
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X
FIGURA 20. REPRESENTACIÓN DE ÁRBOLES JERÁRQUICOS PARA META-UNITS
DE REACCIÓN....................................................................................................... 72
FIGURA 21. IDENTIFICACIÓN DE META-UNITS “CAUSA” Y “CONSECUENCIA” ................. 73
FIGURA 22. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AMONIACO SIMULADO EN
HYSYS.PLANT™................................................................................................... 79
FIGURA 23. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ACETONA SIMULADO EN HYSYS.PLANT™ . 81
FIGURA 24. EXTRACCIÓN DE INFORMACIÓN DEL PROCESO DE AMONIACO .................. 82
FIGURA 25. EXTRACCIÓN DE INFORMACIÓN DEL PROCESO DE ACETONA.................... 83
FIGURA 26. REPRESENTACIÓN INICIAL DEL PROCESO DE AMONIACO EN AHA! ........... 84
FIGURA 27. ASIGNACIÓN DE “ROLES” EN EL PROCESO DE AMONIACO ........................ 86
FIGURA 28. ASIGNACIÓN DE “ROLES” DE LAS CORRIENTES EN EL PROCESO DE
AMONIACO ........................................................................................................... 86
FIGURA 29. NIVEL 1 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE AMONIACO ......................... 87
FIGURA 30. NIVEL 2 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE AMONIACO ......................... 89
FIGURA 31. NIVEL 3 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE AMONIACO ......................... 90
FIGURA 32. NIVEL 4 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE AMONIACO ......................... 91
FIGURA 33. NIVEL 5 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE AMONIACO ......................... 92
FIGURA 34. NIVEL 6 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE AMONIACO ......................... 92
FIGURA 35. NIVEL 0 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE ACETONA ........................... 93
FIGURA 36. NIVEL 1 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE ACETONA ........................... 93
FIGURA 37. NIVEL 2 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE ACETONA ........................... 94
FIGURA 38. NIVEL 3 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE ACETONA ........................... 94
FIGURA 39. NIVEL 4 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE ACETONA ........................... 95
FIGURA 40. NIVEL 5 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO DE ACETONA ........................... 95
FIGURA 41. INFORMACIÓN DEL MODELO ESTRUCTURAL DE UNA UNIT/META-UNIT ........ 97
FIGURA 42. INFORMACIÓN DETALLADA DE UNA META-UNIT ....................................... 98
FIGURA 43. MODELO TELEOLÓGICO DE UNA META-UNIT ........................................... 99
FIGURA 44. NAVEGACIÓN ENTRE NIVELES DE ABSTRACIÓN .................................... 100
FIGURA 45. IDENTIFICACIÓN DE SECCIONES DE PROCESO ...................................... 101
FIGURA 46. SELECCIÓN DE CRITERIOS DE BÚSQUEDA............................................ 103
FIGURA 47. SELECCIÓN DE UNA SUSTANCIA CON EL CRITERIO DE
CONCENTRACIÓN EN EL PROCESO DE AMONIACO................................................... 103
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XI
FIGURA 48. LISTA DE UNITS/META-UNITS QUE SATISFACEN EL CRITERIO DE
CONCENTRACIÓN ................................................................................................104
FIGURA 49. INFORMACIÓN DE LA META-UNIT MU6-2-REACTION DEL PROCESO
DE AMONIACO .....................................................................................................105
FIGURA 50. ESPECIFICACIÓN DEL CASO PROBLEMA EN EL SISTEMA CBR...................106
FIGURA 51. UNITS/META-UNITS RECUPERADAS DE LA LIBRERÍA DE CASOS ...............107
FIGURA 52. EFECTO DE LA TEMPERATURA Y PRESIÓN SOBRE LA PRODUCCIÓN
DE AMONIACO EN LA SÍNTESIS DE HABER-BOSCH ...................................................108
FIGURA 53. EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA CONVERSIÓN EN EL
REACTOR PFR-101 ............................................................................................109
FIGURA 54. SIMULACIÓN DEL NIVEL 5 DE ABSTRACCIÓN DEL PROCESO
DE AMONIACO .....................................................................................................110
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XII
LISTA DE TABLAS
TABLA 1. ESPECIFICACIÓN DE CAMPOS DE INFORMACIÓN PARA EL MODELO
ESTRUCTURAL DE EQUIPOS Y DISPOSITIVOS DE PROCESO PROBLEMA........................ 53
TABLA 2. JERARQUÍA DE FUNCIONES DE EQUIPOS Y DISPOSITIVOS DE PROCESO ........ 55
TABLA 3. PARÁMETROS PARA GENERAR EL MODELO TELEOLÓGICO DE EQUIPOS
Y DISPOSITIVOS DE PROCESO ................................................................................ 57
TABLA 4. COMBINACIONES POSIBLES PARA UNA UNIT (U) CON UNA ENTRADA
Y DE 2 A 6 SALIDAS............................................................................................... 59
TABLA 5. RANGOS DE OPERACIÓN PARA TEMPERATURA Y PRESIÓN .......................... 70
TABLA 6. PROCESOS QUÍMICOS UTILIZADOS COMO CASOS DE ESTUDIO ..................... 77
TABLA 7. META-UNITS GENERADAS EN EL NIVEL 1 DE ABSTRACCIÓN DEL
PROCESO DE AMONIACO ....................................................................................... 88
TABLA 8. META-UNITS GENERADAS EN EL NIVEL 2 DE ABSTRACCIÓN DEL
PROCESO DE AMONIACO ....................................................................................... 89
TABLA 9. META-UNITS GENERADAS EN EL NIVEL 3 DE ABSTRACCIÓN DEL
PROCESO DE AMONIACO ....................................................................................... 90
TABLA 10. META-UNITS GENERADAS EN LOS 5 NIVELES DE ABSTRACCIÓN
DEL PROCESO DE ACETONA................................................................................... 96
TABLA 11. META-UNITS SUGERIDAS POR EL SISTEMA DE DIAGNÓSTICO ................... 105
TABLA 12. INFORMACIÓN GENERAL DE LAS TRES ALTERNATIVAS MAS SIMILARES
A LA META-UNIT MU6-2-REACTION DEL PROCESO DE AMONIACO. ........................... 107
TABLA 13. FACTORES PARA ESTIMAR EL COSTO DE OPERACIÓN DE EQUIPOS
DE PROCESO...................................................................................................... 111
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Capítulo 1. INTRODUCCIÓN
El presente capítulo esta dividido en cuatro secciones. En la primera se presenta
el planteamiento del problema, el cual justifica el desarrollo de la presente
investigación. En la segunda se hace la descripción de los objetivos (general y
particulares) que se desean alcanzar con base en el planteamiento del problema
de la sección anterior. En la tercera se presenta el estado del arte sobre las
metodologías de retrofit de procesos y en la última sección se presenta la
hipótesis que sustenta el presente trabajo.
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1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Todos los procesos industriales en operación deben ser evaluados
periódicamente para satisfacer las demandas económicas (coste de producción,
eficiencia, rentabilidad, etc.) y medioambientales (disminución de emisiones
atmosféricas, residuos o efluentes, etc.) a las que se ven sometidos. Un ejemplo
sobre las presiones medioambientales es el de la refinería de “La Pobla de
Mafumet” en Tarragona, en la cual el grupo Repsol YPF ha invertido en los
últimos años cerca de 95 millones de euros y prevé una inversión de 24 millones
de euros adicionales a los 18 millones que anualmente dedica en éste rubro
[Pérez, 2004]. Es claro que la evaluación y control de la operación es un factor
determinante en la vida y rentabilidad de un proceso industrial.
Como resultado de la evaluación de un proceso podemos obtener que el proceso
en cuestión cumple con los requerimientos técnicos/económicos ó que necesita
modificaciones para continuar operando adecuadamente. Una de las formas de
implementar posibles modificaciones en un proceso es mediante la aplicación del
retrofit.
El retrofit es una metodología de análisis y evaluación de posibles cambios en un
proceso existente para mejorar en una o más métricas determinadas (económica,
medioambiental, seguridad, controlabilidad, etc.). Dentro del retrofit existen varios
enfoques, según la problemática del proceso que se plantee y el esfuerzo que se
quiera invertir [Nelson y Douglas, 1990]. Cuatro son los enfoques principales:
1. Estudios para mejorar en una unidad particular del proceso.
2. Integración de una nueva tecnología.
3. Estudios para eliminar los “cuellos de botella”.
4. Estudios sistemáticos que analizan el proceso completo y sus
interacciones para reducir costos y/o incrementar rendimientos.
Es claro que a medida que se analicen y evalúen un mayor número de
alternativas del proceso original de forma global, los costos de investigación y
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desarrollo aumentarán. Por ello es deseable contar con herramientas
computacionales que permitan realizar las etapas del retrofit de forma semi-
automática para disminuir éstos costos. Las etapas en las que se divide el retrofit
de procesos son:
a) Obtención y análisis de información.
b) Identificación de la o las secciones del proceso susceptibles de
cambios/mejoras.
c) Generación de alternativas de solución.
d) Evaluación y selección de las alternativas generadas.
Como parte de estos esfuerzos y de la investigación que se realizó en el
Departamento de Ingeniería Química de la Universitat Rovira i Virgili, se justifica el
desarrollo de la presente investigación con base en los objetivos presentados en
la sección 1.2. y la hipótesis descrita en la sección 1.4.
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. GENERAL
Desarrollar una metodología para el retrofit de procesos químicos basada en una
representación jerárquica.
1.2.2. PARTICULARES
Con base en la metodología propuesta implementar una herramienta
computacional. La herramienta deberá contar con la capacidad de:
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• Extraer la información necesaria de un diagrama de flujo de proceso (DFP)
de un proceso existente para su posterior análisis y representación. El
fichero que contenga al DFP podrá estar generado con ayuda de algún
programa de simulación comercial (Hysys, Aspen Plus, etc.). Con la
información obtenida se podrán clasificar y representar visualmente las
unidades de proceso presentes en el DFP, dependiendo de la topología del
proceso y de la funcionalidad de cada una de ellas.
• Identificar la o las secciones de proceso susceptibles de mejoras con base
en el análisis del proceso y criterios aplicados por el usuario durante el
retrofit. En esta tarea la herramienta deberá generar varias
representaciones del proceso a diferentes niveles de abstracción con base
en la información del DFP, la proporcionada por el usuario, las reglas de
agrupamiento y la jerarquía de precedencia.
• Generar una serie de alternativas de solución a partir de un determinado
nivel de abstracción aplicando la técnica de razonamiento basado en casos
(Case-Based Reasoning, CBR) y los criterios del usuario. Como resultado
de la aplicación del retrofit, el usuario en colaboración con la herramienta
podrán encontrar una solución que reúna las especificaciones planteadas.
1.3. ESTADO DEL ARTE
Muchas industrias químicas tienen la necesidad de adecuar sus procesos a las
nuevas demandas económicas y medioambientales. En este sentido, las
investigaciones se han enfocado principalmente en la resolución de las siguientes
problemáticas:
1. Incremento de la capacidad de producción.
2. Incremento de la eficiencia de producción y calidad del producto.
3. Implementación de nuevas tecnologías.
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4. Reducción en el consumo de energía.
5. Reducción del impacto ambiental.
6. Implementación de mejoras para la flexibilidad, operabilidad,
controlabilidad y seguridad del proceso.
Durante las últimas décadas se han realizado avances significativos en el tema de
ahorro de energía y síntesis de secuencias de separación mediante la utilización
de la metodología Pinch [Linnhoff y Hindmarsh, 1983], el uso de programación
matemática [Kocis y Grossmann, 1988] y métodos de Inteligencia Artificial
[Barnicki y Fair, 1990, 1992]. Gundersen [Gundersen, 1990] realizó una revisión
de la aplicación de los métodos sistemáticos en el retrofit de procesos. Como
resultado de ésta revisión destacan dos observaciones:
1. La mayoría de los proyectos en la industria de proceso (cerca del 70%)
eran proyectos de retrofit.
2. Los métodos sistemáticos para el retrofit de proceso se basan en los
mismos métodos que en el diseño de procesos.
La diferencia entre el diseño y el retrofit de procesos es que en el primero se trata
de crear un proceso y en el segundo el punto de inicio es un proceso al cual se le
quieren hacer mejoras.
Las conclusiones de Gundersen han sido confirmadas recientemente por
Westerberg [Westerberg, 2004] al comentar por un lado que en las últimas dos
décadas los proyectos en la industria han sido mayoritariamente proyectos de
retrofit y por otro que los métodos de diseño son aplicables a problemas de
retrofit. Westerberg hace especial mención de que las soluciones de los
problemas de retrofit son mas complejos que en los problemas de diseño. Esta
consideración es por el hecho de que en los problemas de retrofit además de
tener las soluciones proporcionadas por las metodologías de diseño se debe
considerar cuales de los equipos existentes se deben sustituir o reutilizar.
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Para el manejo y reducción de la complejidad en el manejo de los problemas de
retrofit se han implementado en sistemas computacionales metodologías basadas
en representaciones jerárquicas y métodos heurísticos. En la aplicación de
jerarquías para el desarrollo de herramientas de apoyo al retrofit se han realizado
varios esfuerzos. Kirkwood et al. [Kirkwood, et al., 1988] implementaron un
procedimiento de retrofit en un programa de cómputo llamado PIP (Process
Invention Procedure). Combinaron reglas heurísticas con algoritmos para generar
un sistema experto que emplea un arreglo jerárquico. Fisher et al. [Fisher, et al.,
1987] desarrollaron un procedimiento sistemático para hacer búsquedas de
oportunidades al aplicar retrofit. El procedimiento considera modificaciones en la
estructura y la dimensión de los equipos para un diagrama de flujo determinado.
Asimismo, proponen un procedimiento para identificar los equipos que
representan un “cuello de botella” dentro del proceso (enfoque 3 dentro del
retrofit, ver sección 1.1.). El procedimiento presentado para aplicar retrofit está
basado en un procedimiento jerárquico de 5 niveles. El nivel jerárquico
corresponde a una serie de metas, las cuales hacen posible terminar rápidamente
el estudio de retrofit si no hay suficiente incentivo económico que justifique algún
esfuerzo adicional. Como ellos mencionan, los primeros cuatro pasos son los
mismos que se aplican en el diseño de procesos.
Por otro lado Nelson y Douglas [Nelson y Douglas, 1990] desarrollaron un
procedimiento sistemático y un programa de cómputo para estudiar problemas de
retrofit en plantas petroquímicas enfocado a la consideración de rutas de reacción
alternativas. El procedimiento es jerárquico y provee guías para reducir el
esfuerzo durante la identificación de procesos poco viables. El procedimiento
plantea el estudio del problema de evaluación del diagrama de flujo en dos partes:
1) generar y examinar alternativas de proceso sin considerar los sistemas de
energía presentes en el proceso original.
2) una vez encontrada la mejor alternativa, incorporar los sistemas de
energía que se requieran.
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Nelson y Douglas iniciaron el uso de ordenadores para hacer algunas tareas
semiautomáticas dentro del retrofit de procesos.
Uno de los enfoques no considerados en la aplicación del retrofit de procesos por
Nelson y Douglas es el de la búsqueda de mejoras del proceso para disminuir el
impacto ambiental. Fonyo et al. [Fonyo, et al., 1994] evaluaron y extendieron el
procedimiento de decisión jerárquico descrito por Douglas para problemas de
retrofit de procesos en los que el objetivo era minimizar residuos. La evaluación
se basa en la experiencia obtenida de numerosos casos industriales en los cuales
se habían realizado mejoras ambientales substanciales. Los casos de estudio
fueron analizados con base en una lista jerárquica de contaminantes para la
identificación de la fuente de contaminación. Como resultado, Fonyo et al.
lograron refinar, corregir y extender el procedimiento de síntesis jerárquico en el
proceso de retrofit para la minimización de residuos.
Recientemente se han desarrollado sistemas que resuelven simultáneamente las
restricciones de tipo económico, medioambiental y de seguridad. Ben-Guang et al.
[Beng-Guang, et al., 2000] desarrollaron una metodología que se centra en la
identificación y eliminación de “cuellos de botella” en las secciones de reacción y
separación. Argumentan que gran parte de la generación de contaminantes
proviene de éstas dos secciones. Sylvester et al. [Sylvester, et al., 2000]
describen el concepto de desarrollo sostenible desde el punto de vista industrial y
hacen una revisión de las reglas heurísticas para la estimación del costo de
tratamiento de residuos y selección de solventes. Con esta información y el
desarrollo de modelos realizan la optimización de procesos bajo el enfoque de
Greener Process. En este enfoque se tiene presente en todo momento minimizar
el posible daño medioambiental. Por otro lado, Hertwig et al. [Hertwig, et al., 2001]
implementaron un prototipo para el análisis de sistema químicos complejos. Este
prototipo permite la evaluación simultánea de restricciones económicas y
medioambientales mediante la aplicación de Programación Mixta Entera No-
Lineal (Mixed-Integer Non-Linear Programming, MINLP) para la obtención de la
mejor configuración de la planta. Halim et al. [Halim, et al., 2001] desarrollaron
una metodología sistemática que integra el análisis para la minimización de
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residuos y seguridad. Hacen uso del enfoque material-centric, el cual utiliza las
similitudes entre estrategias de prevención y objetivos relacionados con seguridad
y manejo de residuos. Smith et al. [Smith, et al., 2001] hicieron un estudio basado
en las corrientes de proceso para determinar fugas de compuestos con valor
comercial y/o con alto potencial de impacto ambiental. La idea de este trabajo era
examinar las posibles emisiones fugitivas de un reformador de catalizador en una
refinería empleando criterios económicos y de reducción del potencial de impacto
ambiental. En este mismo sentido, Uerdingen et al. [Uerdingen, et al., 2001;
Uerdingen, et al., 2003] desarrollaron un método basado en el análisis de las
trayectorias de flujo de los componentes presentes en el diagrama de flujo.
Además del análisis de las trayectorias de flujo utilizan indicadores de
funcionamiento para clasificar el impacto económico de cada componente. Estos
indicadores son:
1) El factor de acumulación en el reciclo.
2) El flujo másico del reciclo por componente y función. En teoría un proceso
ideal no debería necesitar reciclo, es decir, un flujo másico de reciclo alto
significa que el proceso no opera de forma óptima.
3) El coste que implica el reciclo.
4) El cociente del costo de reciclar y el valor económico de un componente en
un reciclo. El valor específico es dado por la multiplicación de su precio de
mercado con el caudal total en la corriente de reciclo.
Kheawhom y Hirao [Kheawhom y Hirao, 2001, 2002, 2004] proponen el empleo de
indicadores económicos, medioambientales y de robustez para el diseño y
selección de procesos. El indicador económico se basa en el cálculo del valor
presente neto, el medioambiental utiliza el índice de proceso sostenible
(Sustainable Process Index, SPI) y el de robustez emplea el de probabilidad de
falla y el cociente de desviación (Deviation Ratio, DR). Con estos tres indicadores
se construye un diagrama de Pareto y una superficie óptima multicriterio (Multi-
criteria Optimal Surface, MOS). De esta forma y considerando el diagrama de
Pareto y la MOS se realiza el diseño de procesos y la selección de condiciones de
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operación con un mínimo impacto ambiental, una máxima robustez y desempeño
económico.
Las metodotologías propuestas anteriormente consisten básicamente en generar
un nuevo diseño del proceso de acuerdo a las especificaciones para luego
compararlo con el ya existente. Las diferencias entre los dos procesos es la
propuesta de retrofit. En este sentido Rapoport et al. [Rapoport, et al., 1994]
plantean un algoritmo para realizar diseño de unidades aplicando retrofit a
unidades de proceso existentes. El algoritmo es una aproximación de síntesis de
procesos con reglas heurísticas basadas en experiencias de ingenieros, cálculos
detallados de procesos y evaluación económica para obtener un diseño óptimo. El
algoritmo consta de niveles jerárquicos y reglas heurísticas que son utilizadas en
cada nivel. La secuencia de estos niveles jerárquicos para el retrofit son:
a) identificar posibles mejoras de un diagrama de flujo.
b) selección de unidades de operación adicionales.
c) determinación de los flujos de alimentación a las unidades.
d) especificación de los equipos.
e) diseño de los equipos sin considerar la integración de calor.
f) diseño con integración de calor.
g) análisis de los resultados del proceso resultante por el diseñador.
Estos siete pasos se deben repetir hasta encontrar un diseño satisfactorio. Al final
de cada iteración el diseñador puede modificar algunas especificaciones y
cambiar los pesos de algunas de las reglas heurísticas.
Por otro lado, de las actividades a considerar dentro del desarrollo de
herramientas computacionales de apoyo al retrofit de procesos están el análisis y
representación de la información que un diagrama de flujo de proceso (DFP)
proporciona. Para la representación de la información Teck [Teck Chong, 1995]
propone el uso de Knowledge-Based Design System (KBDS), el cual es un
sistema de soporte al diseño basado en el conocimiento. En KBDS se toma en
cuenta el conocimiento funcional durante el rediseño de procesos. Estas
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funciones son identificadas a partir de una clasificación basada en aspectos tales
como estructura (número de corrientes de entrada/salida) y función (función o uso
previsto).
Con éstas funciones e información del usuario se construye una representación
del proceso y se generan niveles de abstracción. Los niveles de abstracción son
generados mediante un sistema de reglas de producción y un algoritmo de reglas
de inducción utilizando jerarquías de precedencia. Las jerarquías de precedencia
se definen por 4 funciones: reacción, separación, cambio de fase o temperatura o
presión y cambio de flujo. Como resultado de ésta investigación, Teck logró
desarrollar un programa computacional capaz de representar un diagrama de flujo
de proceso utilizando la descripción de funciones de cada una de las unidades
que lo forman y la generación de niveles de abstracción combinando las funciones
y las jerarquías de precedencia antes mencionadas.
La representación de la información también se puede realizar a través de
modelos. En este sentido en las últimas décadas los esfuerzos de modelado de
sistemas se han centrado en el modelado del comportamiento ya que el fin
principal ha sido la simulación del sistema. El inconveniente que se presenta al
emplear esta clase de modelado “monolítico” es que esta forma únicamente se
basa en fundamentos físicos y matemáticos del sistema, dejando de lado el
conocimiento interpretativo que el usuario puede darle a dicho proceso. Para
solventar este problema Chittaro et al. [Chittaro, et al., 1993] proponen el
modelado múltiple (estructural, de comportamiento, funcional y teleológico) de las
unidades de un sistema clasificándolos en conocimiento fundamental (estructural
y de comportamiento) e interpretativo (funcional y teloelógico). La adopción de
diferentes clases de modelos agiliza el proceso de razonamiento enfocándose en
los aspectos mas importantes del sistema [Bonarini and Sassaroli, 1997].
Beltrame and Toppano [Beltrame and Toppano, 1995] han aplicado de manera
exitosa el modelado múltiple en el diagnóstico de fallas en plantas industriales.
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Los trabajos mencionados anteriormente sugieren la utilización de reglas
heurísticas en combinación con niveles jerárquicos de decisión para el retrofit de
procesos, además del desarrollo de programas computacionales para hacer ésta
tarea de forma semiautomática.
1.4. HIPOTESIS
Con base en el estado del arte se pone de manifiesto que una herramienta de
apoyo al retrofit de procesos podría hacer mas eficiente y menos costosa la
evaluación de mejoras de un proceso químico determinado considerando las
siguientes suposiciones y hechos:
• Las oportunidades de comercialización de un nuevo proceso industrial en la
etapa de investigación es del 1 al 3%, para la etapa de desarrollo es del 10
al 25% y en la etapa de planta piloto del 40 al 60% [Douglas, 1988]. Por
otro lado, debido a los cambios en los escenarios económicos y a las
nuevas normativas medioambientales, en las últimas dos décadas en los
procesos industriales cerca del 70% de los cambios realizados han sido
proyectos de retrofit [Gundersen, 1990]. Estos datos sugieren dos cosas:
1) hay una baja posibilidad de éxito de los procesos nuevos en las
primeras etapas de investigación y desarrollo,
2) la adecuación de los procesos industriales existentes mediante
proyectos de retrofit es usual en la industria.
• Los procesos químicos deben ser evaluados periódicamente para verificar
su correcta operación y garantizar su rentabilidad.
• La aplicación de metodologías de retrofit presupone un estudio exhaustivo
del proceso actual para proponer mejores alternativas técnica y
económicamente viables reutilizando al máximo posible los equipos
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presentes. Con estas alternativas obtenidas a través del retrofit se logran
minimizar los costos de investigación, desarrollo e inversión que dichas
soluciones sugieren.
• En los proyectos de retrofit para la ampliación y transformación de sistemas
de proceso (Enlargement and Transformation of Process Systems, ETPS)
[Beng-Guang, et al., 2000] se cuenta generalmente con tres grupos de
trabajo:
1) ingenieros de planta (encargados y expertos).
2) ingenieros para el retrofit/diseño
3) ingenieros de proyectos.
Cada uno de estos grupos tiene tareas específicas para un ETPS. Dentro
de las tareas para los ingenieros de planta se encuentran: identificación de
cuellos de botella, problemas de operación y control, protección ambiental,
ahorro de energía, etc. Para los de retrofit/diseño están: la simulación de la
planta, análisis del proceso (por ejemplo utilizando análisis pinch),
desarrollo de técnicas que permitan identificar y resolver los cuellos de
botella, optimización, minimización de residuos, aplicación de metodologías
de retrofit y diseño, etc. Para los ingenieros de proyecto: el layout de la
planta, ingeniería de detalle, diagramas de tubería e instrumentación, etc.
Muchas de estas actividades se pueden realizar con ayuda de un
ordenador para reducir el tiempo y coste de investigación y desarrollo. En
este sentido y si consideramos que un grupo de investigación para un
ETPS puede estar formado de 5 a 10 personas (1-2 ingenieros de planta,
3-5 ingenieros especialistas en retrofit/diseño y 1-3 ingenieros de proyecto)
y que el coste promedio de una hora de trabajo de un
ingeniero/investigador es de 40 Euros, el coste diario del grupo sería de
1600 a 3200 Euros (32000-64000 Euros/mes). Esto significa que el uso de
herramientas computacionales en los proyectos de ETPS pueden lograr
ahorros significativos en la etapas de investigación y desarrollo.
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• Históricamente el desarrollo de herramientas computacionales para el
retrofit de procesos se ha centrado básicamente en el ahorro de energía y
síntesis de sistemas de separación. Solo en algunos casos se ha
considerado el retrofit global de procesos.
Con base en lo anterior se plantea la siguiente hipótesis:
“Una metodología para el retrofit de procesos químicos basada en una
representación jerárquica y su posterior implementación en un sistema
computacional podría ayudar a realizar las tareas del retrofit de procesos de
manera:
• Mas eficiente:
organizando, clasificando y representando en modelos de conocimiento
la información.
identificando secciones de proceso susceptibles de mejoras y
generando alternativas de solución de forma semiautomática.
• Menos costosa:
En la etapa de I+D, disminuyendo el tiempo de investigación-desarrollo
y el número de personas a participar en este tipo de proyectos.
En la etapa de implementación, reutilizando al máximo los equipos y
dispositivos existentes, seleccionando la mejor alternativa generada,
De esta manera se pretende encontrar procesos que sean mas eficientes técnica
y económicamente, así como con el menor daño posible al medio ambiente”.
Se debe tener presente que el tipo de procesos químicos a los que se pretende
aplicar ésta metodología son continuos y operan en estado estacionario. No están
considerados los procesos en donde haya manejo de sólidos (por ejemplo,
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cristalizadores, secadores, etc.) o electrolitos. Por otro lado, debe estar disponible
información de:
• Las especies químicas presentes y sus propiedades.
• Las reacciones que ocurren (si es el caso).
• Los equipos y dispositivos que forman el proceso.
• Las propiedades de las corrientes de materia y energía.
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Capítulo 2. FUNDAMENTOS
En el presente capítulo se presentan los fundamentos teóricos que sirven de base
para la metodología de retrofit de procesos químicos propuesta en el capítulo tres.
La metodología de retrofit propuesta se fundamenta principalmente en:
• la representación y generación de niveles de abstracción de un proceso
químico existente (aplicando de manera inversa la metodología de diseño
de Douglas [Douglas, 1988]).
• la generación y evaluación de alternativas de solución mediante el
desarrollo de un sistema basado en conocimiento, aplicando el enfoque
de modelos múltiples y razonamiento basado casos.
• un conjunto de ideas aplicadas tradicionalmente en el retrofit de procesos.
Debido a los puntos mencionados anteriormente este capítulo esta dividido en
tres secciones principales. En la primera sección se presenta la metodología de
diseño de procesos de Douglas [Douglas, 1988]. En la segunda se describen las
características principales de los sistemas basados en conocimiento (Knowledge-
Based Systems, KBS), haciendo especial énfasis en el enfoque de modelos
múltiples y la metodología de razonamiento basado en casos (Case-Based
Reasoning, CBR). En la tercera sección se analizan diferentes enfoques de las
metodologías de retrofit y su aplicación a la metodología propuesta.
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2.1. METODOLOGÍA DE DOUGLAS
La metodología de Douglas es un procedimiento jerárquico “top-down” para el
diseño conceptual de procesos químicos. Ha sido utilizada ampliamente para el
diseño y síntesis de procesos [Kirkwood et al., 1988; Nelson y Douglas, 1990;
Douglas, 1992, 1995; Fonyo et al., 1994; Han et al., 1995; Zheng et al., 1999]. Sus
objetivos son: encontrar un buen diagrama de flujo de proceso y estimar las
condiciones de diseño óptimas. El análisis y síntesis del proceso se realizan con
base en el planteamiento jerárquico de decisiones de diseño. La idea de plantear
jerarquías de diseño es debido a que se desea dividir un problema en partes más
simples y de fácil manejo. La metodología está dividida en 5 niveles de decisión
como se muestra en la figura 1.
Figura 1. Jerarquías de decisión de Douglas.
El punto de inicio de la metodología de Douglas es una “caja negra” que contiene
información de las entradas y los requerimientos de las salidas (nivel 0). En este
nivel es deseable contar con la mayor información posible relacionada con la(s)
reacción(es) que se llevarán a cabo para transformar las materias primas en
productos. En el nivel 1 se toma la decisión sobre el modo de operación en
función de la cantidad de producto(s) a producir entre otros criterios, es decir,
modo de operación batch o continuo. En el nivel 2 se determina el número y
condiciones de las corrientes de entrada (materia(s) prima(s)) y salida (producto
principal, sub-productos, residuos, solventes, etc.). En el nivel 3 se fija la
(+) Detalle
Jerarquía de Decisiones: 0. Información de entrada 1. Proceso Batch vs Continuo 2. Estructura de entradas/salidas 3. Estructuras de reciclos 4. Sistemas de separación 5. Integración de energía
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estructura de los reciclos que contendrá el proceso. La estructura de los reciclos
depende en gran medida de los sistemas de reacción presentes en el proceso. En
el nivel 4 se hace la selección del tipo de sistema de separación a utilizar para
separar el producto principal del resto. La selección del sistema de separación
depende básicamente de la fase en que se encuentre la corriente de salida del
sistema de reacción. Para corrientes líquido-vapor existen tres posibilidades:
• Si es líquido: se asume que solo es necesario un sistema de separación
de líquidos, utilizando por ejemplo, destilación, extracción líquido-líquido,
etc.
• Si es una mezcla líquido-vapor: se puede utilizar el mismo reactor como
un sistema de separación o se coloca un flash para separar ambas fases.
Después de esta separación se requiere un sistema de separación de
líquidos y un sistema de recuperación de vapor.
• Si es vapor: se requiere enfriar la corriente hasta producir una
condensación parcial o total. En el primer caso se requerirá de un sistema
de separación de líquidos y un sistema de recuperación de vapor. En el
segundo caso solo se requerirá de un sistema de separación de líquidos.
En el último nivel se hace el diseño de la red de cambiadores de calor teniendo en
mente el objetivo de lograr una red que cumpla con los requerimientos mínimos
de calentamiento y de enfriamiento.
Al generar estos 5 niveles se logra el diseño conceptual de un proceso químico.
La intención es aplicar de manera inversa la metodología de Douglas a un
proceso ya existente y generar niveles de abstracción del mismo (ver figura 2). El
objetivo de generar niveles de abstracción es obtener un posible “razonamiento”
de cómo un proceso pudo ser concebido, además de identificar las diferentes
secciones que lo forman, de cara a que sean éstas secciones los puntos de inicio
para explorar mejoras. Esta hipótesis permite aplicar el retrofit de procesos con un
enfoque global.
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Figura 2. Generación de niveles de abstracción durante el retrofit de
un proceso químico.
2.2. SISTEMAS BASADOS EN CONOCIMIENTO
Un sistema basado en conocimientos (Knowledge-Based System, KBS) [Han, et
al., 1996] es un programa computacional que tiene conocimiento especializado
sobre un área y resuelve una clase específica de problemas utilizando dicho
conocimiento. Las ventajas de utilizar un KBS son:
• representar y almacenar conocimiento.
• reproducir el conocimiento una vez que se haya representado.
• refinar el conocimiento identificando inconsistencias y conflictos durante la
construcción y prueba de la representación del conocimiento.
• centralizar el conocimiento mediante la incorporación de varias formas de
conocimiento en un solo KBS.
• transferir el conocimiento de un KBS a otros sistemas.
Proceso Real
Nivel de abstracción 1
Nivel de abstracción 2
n - 1
• • •
n
ProcesoEntradas Salidas
1. Abstracción 2. Retrofit
ó
ó
ó
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La estructura básica de un KBS consiste de:
1. Base de conocimiento. Contiene información específica y en
profundidad del problema a manejar. El conocimiento puede
representarse mediante hechos, reglas y/o heurísticas.
2. Motor de inferencia. El motor utiliza mecanismos de inferencia para
procesar el conocimiento y presentar conclusiones.
3. Interfaz de usuario. Proporciona la comunicación entre el programa de
cómputo y el usuario.
De los principales problemas en los KBS es la representación del conocimiento.
Una representación es un sistema de convenciones para describir un concepto o
un objeto. Winston [Winston, 1992] sugiere que una buena representación debería
a) hacer de forma explícita la importancia de los objetos y sus relaciones, b)
exponer las restricciones naturales, c) unir los objetos y sus relaciones, d) suprimir
detalles irrelevantes, e) ser transparente, f) ser completa, g) ser concisa, h) ser
rápida, e i) ser computable. Winston enumera adicionalmente varias
representaciones de gran alcance: a) redes semánticas, b) espacio de estados,
c) árbol de metas/objetivos, d) reglas, e) frames, clases, instancias, slots, y
herencia y f) lógica y pruebas de resolución.
En ingeniería química se han aplicado muchos esquemas de representación que
destacan la importancia de los objetos y sus relaciones, suprimiendo detalles
irrelevantes. El diagrama de flujo de proceso es un ejemplo de la utilización de
esquemas de representación.
Una vez seleccionado el esquema de representación del conocimiento se debe
seleccionar/diseñar el o los métodos de solución para el motor de inferencia. Para
problemas sencillos un esquema puramente algorítmico puede ser utilizado. Sin
embargo, para problemas complejos es inevitable el uso de alguna combinación
entre métodos heurísticos, evolucionarios y algorítmicos. Algunas veces se
requiere de la intervención activa del usuario. Algunos ejemplos de métodos de
solución son [Quantrille y Liu, 1991; Winston, 1992]:
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• Generación y prueba. Similar a los métodos de prueba y error. Este
método ha sido ampliamente utilizado en KBS, por ejemplo en sistemas
de manejo de alternativas de diseño generadas mediante decisiones
jerárquicas [Han et al., 1995; Bañares-Alcántara, 1995; Bañares-Alcántara
y Lababidi, 1995; Bañares-Alcántara y King, 1996].
• Análisis de medios y fines. Se intenta encontrar y reducir la diferencia
entre el estado inicial y el estado final aplicando un operador apropiado.
Para las diferencias generadas se aplica la misma estrategia hasta lograr
que sean resueltas. Este método ha sido aplicado en un programa de
síntesis de procesos (AIDES [Siirola et al., 1971]) y en un programa de
aprendizaje (CDP-Soar [Modi et al., 1995a; Modi et al., 1995b]).
• Descomposición. En algunas ocasiones es posible convertir
metas/objetivos complejos en dos o más fáciles de lograr. Cada sub-
meta/objetivo a su vez puede ser dividido en uno o más sub-meta/objetivo
de mas bajo nivel. Esta descomposición es también llamada reducción de
objetivos. Por ejemplo, el procedimiento de decisión jerárquico de
Douglas [Douglas, 1988] emplea esta estrategia para reducir el alcance
del diseño de la planta total a una estructura de entradas/salidas con
reciclos.
• Métodos de búsqueda. Algunos ejemplos de estos métodos son:
búsqueda en profundidad, búsqueda en horizontal o anchura, branch-and-
bound y programación dinámica discreta. Una de las claves de éxito en un
KBS para la síntesis de proceso es emplear un método de búsqueda
eficiente debido a la naturaleza combinatoria de la síntesis [Quantrille y
Liu, 1991].
• Satisfacción de restricciones y resolución de conflictos. Es una técnica de
filtrado que elimina ciertas soluciones potenciales dentro del espacio de
estado cuando no satisfacen un sistema específico de restricciones. Esta
técnica es particularmente útil en el manejo de restricciones durante el
diseño [Han et al., 1995; Sheppard et al., 1991].
Por último y debido a la naturaleza compleja de los problemas a resolver con los
KBS´s se debe poner especial interés en la interfaz del usuario. Una interfaz
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debería permitirle al usuario que supervise el progreso del diseño, proporcionarle
capacidad de toma de decisiones y de dirección del diseño de manera productiva.
Existen varios criterios para el diseño de una interfaz de usuario. Britt et al. [Britt
et al., 1989] comentan que un buen diseño de una interfaz:
• Necesita una comprensión cuidadosa de los problemas que serán
tratados y de las maneras mediante las cuales los usuarios podrán
resolverlos.
• Debe proporcionar una navegación flexible. Esto quiere decir que deberá
proporcionar información sobre cómo y desde qué punto los usuarios
pueden tener acceso a las diversas funciones del sistema.
• Se puede modificar según los requisitos y necesidades particulares de los
usuarios para diversos estilos de trabajo.
• Proporciona avisos y ayuda para guiar al usuario.
• Anticipa y previene errores.
• Utiliza el color, forma, tamaño, y textura para proporcionar información útil
al usuario.
• Debe ser la misma para todo el sistema.
Para el desarrollo de KBS´s, Han et al. [Han et al., 1996] proponen 5 pasos
basados en ingeniería de software:
1. Análisis de requisitos/restricciones. Se debe tener claro cuales son los
problemas que se desean resolver, así como las simplificaciones y/o
suposiciones que se desean añadir.
2. Adquisición de conocimiento. Es recomendable que el desarrollador
adquiera conocimiento de expertos en el manejo de problemas similares a
los que se desea resolver. Otra forma de adquirir conocimiento pueden
ser: el uso de gráficas y tablas, el conocimiento basado en modelos o el
conocimiento basado en casos. En la sección 2.2.1. se da mas detalle del
enfoque de modelos múltiples y en la sección 2.2.2. del razonamiento
basado en casos (Case-Based Reasoning, CBR).
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3. Modelado de objetos (Object Modelling Technique, OMT). Un modelo es
una abstracción de un proceso o un objeto con el fin de entenderlo. El
modelado nos ayuda a entender sistemas que son demasiado complejos.
En OMT [Rumbaugh et al., 1991] un sistema es modelado desde tres
puntos de vista diferentes pero relacionados, cada uno de ellos cubriendo
aspectos importantes del sistema. El primero de ellos es un modelo
estático, que cubre aspectos tales como estructura y datos. El segundo es
un modelo dinámico, que se encarga del comportamiento temporal y de
control, y el tercero es un modelo funcional que cubre aspectos de
transformación y función del sistema. Un procedimiento de software típico
incorpora estos tres aspectos: utiliza estructuras de datos (modelo
estático), secuencias de operación en el tiempo (modelo dinámico) y
valores de transformación (modelo funcional).
4. Modelado de la lógica de inferencia. Las reglas son condiciones que
deben ser satisfechas y permiten que el usuario especifique las
condiciones en unidades pequeñas e independientes usando
declaraciones explícitas. Cuando se activa más de una regla,
generalmente se realiza una de las acciones posibles, de tal forma que se
requiere de una estrategia para resolver el conflicto y decidir que regla se
acciona. El encadenamiento hacia adelante o hacia atrás son dos
posibles mecanismos a utilizar.
5. Verificación. Una vez desarrollado el KBS no debería ser utilizado sin
una evaluación previa. Algunas pruebas que deberían realizarse son: a)
factibilidad termodinámica del diagrama de flujo obtenido, b) consistencia
lógica y completez de las decisiones de diseño/retrofit realizadas, c)
evaluación con condiciones de operación óptima de las diferentes
alternativas generadas.
El desarrollo de KBS´s es un proceso iterativo y no secuencial. Durante el proceso
de verificación la interacción con expertos o ingenieros de planta es muy
importante.
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2.2.1. MODELOS MÚLTIPLES
Mediante el empleo y desarrollo de modelos podemos representar y obtener
conocimiento de un determinado sistema (el sistema puede estar formado por
objetos, procesos o artefactos). Los modelos pueden ser físicos o abstractos. En
este caso los modelos abstractos y el enfoque de modelos múltiples es de
especial interés para la representación de procesos químicos. El enfoque de
modelos múltiples [Chittaro et al., 1993] consiste en el uso de diversos modelos
(estructural, de comportamiento, funcional y teleológico) de un sistema para
facilitar tareas complejas, tales como la representación, interpretación, análisis,
diseño, simulación, etc. Mediante el modelos múltiples podemos representar el
conocimiento de la siguiente manera:
Conocimiento fundamental.
• Estructural, es el conocimiento acerca de la topología de un sistema
(describe sus partes e interconexiones). Comprende objetos físicos,
nodos e interconexiones.
• De comportamiento, es el conocimiento acerca de cómo operan e
interactúan los objetos con otros dentro del mismo sistema.
Conocimiento interpretativo.
• Funcional, es el conocimiento acerca del “rol” del objeto dentro del
sistema (por ejemplo, la función de una columna de destilación en un
proceso químico es de separación de mezclas líquido/vapor).
• Teleológico, es el conocimiento acerca de los objetivos asignados al
objeto por el diseñador y de las condiciones operacionales (por ejemplo,
una columna de destilación que separa una mezcla ternaria A, B y C,
podría tener como modelo teleológico dadas unas condiciones de
operación “separación de A de B y C”. Dadas otras condiciones de
operación, la misma columna podría tener como modelo teleológico “la
separación de A y B de C”).
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Ambos tipos de conocimiento (fundamental e interpretativo) requieren de una
terminología común acerca de los objetos, procesos y/o artefactos que forman un
sistema. Una forma de estandarizar los conceptos y términos es mediante una
ontología. El concepto de ontología es ampliamente utilizado en el área de
Inteligencia Artificial. Una ontología puede verse como un “diccionario” acerca de
un dominio con una taxonomía bien definida de los conceptos que lo forman. Una
de las características de las ontologías es que los conceptos que contienen son
entendibles tanto por humanos como por computadoras mediante una semántica
común. Una de las definiciones mas aceptadas en inteligencia artificial es la de
Gruber: “Una ontología es la especificación formal y explícita de una
conceptualización compartida” [Gruber, 1993], en donde conceptualización se
refiere a un modelo abstracto que identifica los conceptos relevantes de algún
fenómeno.
Adicional a la ontología debe definirse en los modelos:
• La granularidad de la representación, es decir, la información que
realmente interesa representar en el modelo. Esto involucra dos aspectos:
alcance (los aspectos que se consideran relevantes para representarlos
en el modelo) y precisión (el grado de especificación de la
representación).
• el nivel de agregación, el cual se refiere al nivel de abstracción del
conocimiento representado.
De los factores que se deben considerar al momento de organizar los modelos
son: 1) la unicidad del modelo (cada modelo individual debe contar con la
especificación de una ontología, granularidad de la representación y nivel de
agregación) y 2) la interconexión entre modelos (cada modelo debe estar explícita
y apropiadamente interconectado a otros modelos).
2.2.2. RAZONAMIENTO BASADO EN CASOS
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El razonamiento basado en casos (CBR) es un paradigma computacional basado
en la idea de resolver problemas mediante experiencias pasadas. Un sistema
CBR requiere de una base de casos lo suficientemente poblada y que cada caso
describa una situación y una solución a un problema en particular. El
funcionamiento de un sistema CBR consiste de 4 etapas:
1. Recuperación. En esta etapa se recuperan (de la base de casos) los
casos mas similares al problema a resolver.
2. Reutilización. Los casos recuperados se analizan y modifican para
intentar satisfacer las especificaciones del problema a resolver.
3. Revisión. Los casos modificados se verifican para determinar si son una
solución viable al problema a resolver.
4. Retención. Si alguno de los casos verificados cumple satisfactoriamente
la etapa de revisión, entonces se guarda en la base de casos.
Las aplicaciones de CBR pueden clasificarse en 1) tareas de clasificación y 2) en
tareas de síntesis [Watson, 1997]. Los problemas que se pretende resolver con el
diseño y retrofit de procesos se pueden enmarcar dentro de las tareas de síntesis.
El uso (directo o analógico) del conocimiento generado en diseños previos o en la
aplicación del retrofit puede disminuir el tiempo y los costos de desarrollo e
investigación de nuevos problemas.
El CBR se ha aplicado en ingeniería química en diferentes áreas. Las
aplicaciones mas comunes han sido en optimización/supervisión/control de
procesos [Krovvidy y Wee, 1993; Sànchez-Marrè et al., 1997; Rodríguez-Roda et
al., 1999, 2000a] y diseño/síntesis de procesos [Avramenko et al., 2002;
Avramenko et al., 2004; Ceccaroni et al., 2002; Kolodner, 1993; Kraslawski et al.,
1995; Krovvidy y Wee, 1993; Núñez et al., 2004; Núñez et al., 2002; Pajula et al.,
1999; Pajula et al., 2001a, 2001b; Rodríguez-Roda et al., 2000b; Seuranen et al.,
2002]. Hasta el momento no hay reportadas aplicaciones de CBR en el retrofit de
procesos, pero debido a la complejidad e incompletez del conocimiento
involucrado en el retrofit de procesos químicos considero que el CBR puede
ayudar a:
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1) obtener soluciones sin invertir demasiado tiempo.
2) proveer soluciones cuando los métodos tradicionales no pueden hacerlo.
3) proporcionar experiencias pasadas de soluciones satisfactorias e
insatisfactorias.
Obviamente se deben considerar las desventajas de la aplicación de CBR. Las
desventajas que el CBR presenta son:
1) la necesidad de que la base de casos sea lo suficientemente grande para
poder proveer casos similares al problema planteado.
2) el usuario no puede utilizar directamente los casos recuperados sin antes
verificarlos en la nueva situación.
3) puede inducir al usuario hacia soluciones erróneas debido a que se
considera que los casos almacenados son solo soluciones aproximadas a
los problemas planteados.
2.3. METODOLOGÍAS DE RETROFIT DE PROCESOS
En la sección 1.1. se describieron los enfoques principales del retrofit de procesos
dependiendo de la problemática planteada y el esfuerzo que se les quiera invertir.
En este apartado se presentan de manera general los aspectos que son
deseables en una metodología de retrofit, sin considerar una metodología en
particular.
En contraste con un problema de diseño, en el cual se inicia con el objetivo de
obtener un proceso que transforme las materias primas en determinados
productos, en el problema de retrofit se inicia con la descripción de un diseño
existente para satisfacer nuevos requerimientos. En el retrofit de procesos debe
considerarse la modificación y adaptación del diseño existente teniendo como
objetivo la satisfacción de los nuevos requerimientos, minimizando los cambios en
el diseño original y maximizando la utilización de los equipos y dispositivos
existentes. Es claro que el diseño y el retrofit son problemas de satisfacción de
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restricciones. La solución de este tipo de problemas es limitada ya que su manejo
computacional se hace imposible si el espacio de búsqueda es grande
[Chandrasekaran, 1990]. Con la ecuación de Thompson y King (Ecuación 1)
[Thompson y King, 1972] se puede estimar el número de posibles secuencias
para separar N componentes en N productos utilizando S métodos de separación
con separadores simples (una entrada y dos salidas) y sharp (separación directa
de los componentes claves). En la Tabla 1 se muestra el número de secuencias
de separación para un máximo de 10 componentes y 5 métodos de separación
calculados con la ecuación 1.
( )( ) 1
)!1(!!12Secuencias de No. −
−−= NSNNN (Ec.1)
Tabla 1. Secuencias de separación según Thompson y King.
No. de métodos de separación (S) No. de Componentes
(N) 1 2 3 4 5
2 1 2 3 4 5
3 2 8 18 32 50
4 5 40 135 320 625
5 14 224 1,134 540672 8,750
10 4,862 2,489,344 95,698,746 1,274,544,128 9,496,093,750
Como puede verse en la Tabla 1, con una mezcla de 10 componentes (lo cual es
muy común en la industria petroquímica) y 2 métodos de separación se pueden
tener del orden de 2.5*106 secuencias de separación. El número de secuencias
de separación explota combinatoriamente si se consideran 5 métodos de
separación (9.5*109). Computacionalemente hablando Knuth [Knuth, 2001]
comenta que el número 109 es igual a infinito. En esta situación se hace necesario
la reducción del espacio de búsqueda de soluciones, así como de su posterior
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análisis. Biegler et al. [Biegler et al., 1997, pp. 33-35] enumeran los siguientes
enfoques para reducir el espacio de búsqueda de soluciones:
• Enumeración total. En los casos en los que es factible se generan y
evalúan todas las soluciones del problema con base en criterios (e.g.
técnicos y/o económicos). Como resultado de la evaluación se obtiene la
solución que mejor satisface los criterios establecidos. La desventaja de
este enfoque es que si el número de soluciones a evaluar es muy grande
los recursos técnicos y humanos son excesivos. Una alternativa para
reducir el número de soluciones a evaluar es utilizar métodos de
enumeración parcial empleando por ejemplo heurísticas como las
descritas Seader y Westerberg [Seader y Westerberg, 1977] o por Turton
et al. pags. 232-258 [Turton et al., 1997].
• Métodos evolutivos. El estado inicial de estos métodos es un diagrama de
flujo de proceso existente para el mismo producto o de alguno similar. A
continuación se hacen las modificaciones con base en los nuevos
objetivos [Stephanopoulos y Westerberg, 1976; Nath y Motard, 1981;
Bamopoulos et al., 1988].
• Optimización de una superestructura. Estos métodos inician con una
superestructura que contenga muchas alternativas e interconexiones
redundantes para eliminarlas después, mientras se optimizan otros
parámetros de diseño. Recientemente Biegler y Grossmann presentaron
una retrospectiva sobre esta metodología [Biegler y Grossmann, 2004],
así como una perspectiva a futuro [Grossmann y Biegler, 2004].
• Targeting. En este enfoque los límites de funcionamiento del sistema se
analizan para reducir el espacio de búsqueda de soluciones.
Generalmente las metas a lograr proporcionan información útil sobre la
solución global. Linnhoff [Linnhoff, 1994] presenta una revisión de la
aplicación de esta metodología en la integración de procesos y Morgan
[Morgan, 1992] describe la importancia de su empleo en el diseño de
procesos.
• Abstracción del problema. En este método lo que se pretende es tomar
decisiones jerárquicas para reducir el espacio de búsqueda de soluciones
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con base en una representación abstracta del proceso. Este tipo de
decisiones jerárquicas ha sido utilizado en AIDES [Siirola et al., 1971] y es
parte fundamental de la metodología jerárquica de Douglas [Douglas,
1985, 1988].
Cada uno de los enfoques mencionados anteriormente tienen una forma muy
específica de resolver el problema de diseño/retrofit dependiendo de las
situaciones a las que se enfrentan. En este trabajo se propone que un enfoque
genérico de retrofit debería componerse de las siguientes etapas:
1. Adquisición de la información. Se debe adquirir y/o inferir la descripción
del diseño original o la del proceso en operación.
2. Representación de la información. La información del proceso se debe
procesar para tener una representación que sea entendible por el usuario
y por algún sistema computacional.
3. Análisis. Con las etapas anteriores y las nuevas especificaciones
definidas por el usuario se identifican las partes o secciones del proceso
susceptibles de modificación o sustitución.
4. Generación de alternativas. Con las partes o secciones de la etapa
anterior se generan alternativas que satisfagan la nuevas
especificaciones.
5. Modificación. Cada una de las alternativas de la etapa anterior se adaptan
en la representación de la etapa 2.
6. Evaluación. Cada modificación hecha se evalúa para determinar si su
desempeño es el adecuado. Esta etapa es iterativa a partir de la etapa 4 y
se repite hasta encontrar la opción mas adecuada. En esta etapa es
necesario la ayuda de un simulador de procesos para facilitar y disminuir
el tiempo de evaluación.
7. Implementación. Una vez evaluadas las alternativas y definida la mejor,
se implementa con ayuda de expertos en el proceso real.
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2.4. RESUMEN
En el presente capítulo se presentaron los fundamentos teóricos que sirven de
base para la metodología de retrofit de procesos químicos propuesta en el
siguiente capítulo.
En la sección 2.1. se presentó la metodología de diseño de procesos de Douglas
[Douglas, 1988], la cual se pretende utilizar para representar y generar niveles de
abstracción de un proceso existente aplicándola de forma inversa. En la sección
2.2. se describen las características principales de los sistemas basados en
conocimiento (Knowledge-Based Systems, KBS). La estructura básica de los
KBS´s es una base de conocimiento, un motor de inferencia y una interfaz de
usuario. En esta sección se hace especial énfasis en el enfoque de modelos
múltiples y la metodología de razonamiento basado en casos (Case-Based
Reasoning, CBR). El enfoque de modelos múltiples se utilizará para la
representación del conocimiento (fundamental e interpretativo) de los equipos y
dispositivos de proceso y el CBR para la generación y evaluación de alternativas
de solución. Finalmente, en la sección 2.3. se analizaron los diferentes enfoques
de retrofit y se proponen 7 etapas genéricas que debería contener una
metodología de retrofit.
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Capítulo 3. METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS
La metodología que se plantea integra conocimientos relacionados con el retrofit,
diseño, síntesis y análisis de procesos, de forma que se logre diseñar e
implementar una herramienta informática de apoyo al retrofit de procesos.
Además de los conocimientos de ingeniería química antes mencionados, se
plantea la incorporación de conocimiento en el área de ingeniería informática para
desarrollar un sistema basado en conocimientos utilizando algoritmos
computacionales de comunicación, visualización y técnicas de inteligencia
artificial.
La metodología consiste de cuatro etapas generales:
• Extracción de la información.
• Análisis y representación de la información.
• Generación de alternativas de solución.
• Evaluación de alternativas.
Siguiendo éstas etapas, el presente capítulo esta dividido en cuatro secciones
principales. En la primera sección se describe la etapa de extracción de la
información del proceso a investigar, en la segunda se presenta la de análisis y
representación de la información, en la tercera la de generación de alternativas y
en cuarta la evaluación de las mismas.
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Como se mencionó en la sección 2.3., una metodología genérica de retrofit
debería tener las siguientes etapas:
• Adquisición de la información.
• Representación de la información.
• Análisis
• Generación de alternativas.
• Modificación.
• Evaluación.
• Implementación.
La metodología propuesta consiste de 4 etapas (ver Figura 3), las cuales
engloban a las seis primeras etapas genéricas, dejando la última fuera puesto que
ésta es la acción de modificar/evaluar el proceso real. Las 4 etapas están
apoyadas por una ontología que les permite tener un semántica común.
Figura 3. Metodología de retrofit de procesos.
La metodología propuesta está limitada a procesos continuos y en estado
estacionario. No están incluidos los procesos en los que haya manejo de sólidos y
2. Análisis yRepresentación
Simuladorde Procesos
ONTOLOGIA
3. Generación dealternativas
1. Extracción deInformación
4. Evaluación de alternativas
Proceso Real
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electrolitos, así como tampoco lo están los sistemas de control con que cuenten
los equipos/dispositivos presentes.
Con el planteamiento de las etapas de la metodología de retrofit, su aplicación y
limitaciones, se cubre el primer punto (análisis de requisitos/restricciones) que
proponen Han et al. [Han et al., 1996] para el desarrollo de KBS´s (sección 2.2).
3.1. EXTRACCIÓN DE INFORMACIÓN
Esta etapa es considerada debido a que se parte del supuesto de que se conoce
el diagrama de flujo de proceso (DFP), así como información de la cinética de la
reacción (si existe alguna reacción química en el proceso), las características de
los equipos y de las corrientes de proceso.
Como puede verse en la Figura 3, el usuario tiene que pasar los datos del
proceso real a un simulador de procesos en caso de que no cuente con un fichero
informatizado del mismo. A partir de este punto se inicia la etapa de extracción de
información.
Las actividades a realizar en esta etapa son:
1. Extraer información predeterminada del fichero informatizado o del simulador
de procesos que contenga el DFP. Básicamente la información a extraer se
divide en tres:
a) Cinética de reacción. Sustancias (reactivo(s) y producto(s)) que
intervienen en la reacción, mecanismos de reacción, expresiones de las
velocidades de reacción (constantes de equilibrio, energías de activación,
etc.), temperatura, presión, conversión y limitaciones termodinámicas.
b) Equipos/dispositivos. El número de equipos/dispositivos, su interconexión
mediante corrientes de proceso de entrada/salida y sus características
(altura, diámetro, longitud, presión, temperatura, etc.).
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c) Corrientes de proceso. Su número/nombre de identificación, temperatura,
presión, fracción de vapor, flujo másico/molar, concentración de las
especies químicas presentes.
Con ésta actividad se pretende extraer conocimiento acerca de la topología del
DFP.
2. Análisis mediante balances de materia y energía de cada uno de los
equipos/dispositivos presentes.
Con esta actividad se pretende extraer conocimiento acerca del comportamiento
(cómo operan e interactúan) y funcionalidad de los equipos/dispositivos
presentes.
3. Generar con base en los dos puntos anteriores un fichero de datos que
contenga la estructura del DFP y la funcionalidad de cada unos de sus
componentes.
Con la extracción de información se satisface el segundo punto (adquisición de
conocimiento) que proponen Han et al. [Han et al., 1996] para el desarrollo de
KBS´s (sección 2.2).
3.2. ANÁLISIS Y REPRESENTACIÓN
Un proceso puede ser representado a nivel de subsistemas o a nivel de sus
componentes elementales. De esta manera, la información puede ser manejada
eficientemente de forma separada.
El conocimiento que es extraído del DFP es representado con base en el enfoque
de modelado múltiple (ver sección 2.2.1) de la siguiente manera:
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Conocimiento fundamental,
Estructural, es el conocimiento acerca de la topología del proceso.
De comportamiento, es el conocimiento de los valores de las variables y
parámetros que caracterizan un estado.
Conocimiento interpretativo.
Funcional, es el conocimiento acerca del “rol” del equipo/dispositivo
dentro del proceso y se puede obtener analizando sus entradas
(precondiciones), sus salidas (poscondiciones) y los equipos/dispositivos
de su entorno.
Teleológico, es el conocimiento acerca de las objetivos asignados al
equipo/dispositivo por el diseñador y las condiciones de operación.
Con base en el conocimiento funcional de cada uno de los equipos/dispositivos
del DFP se pueden identificar secciones funcionales del proceso. Cabe mencionar
que una función puede obtenerse mediante la interacción de más de un equipo y
un equipo puede realizar más de una función. Esto lleva a clasificar las funciones
de la siguiente manera:
• Función general. Es una función genérica que puede obtenerse por varios
equipos.
• Función específica. Es la función para la que fue diseñado explícitamente
un equipo.
Una vez identificada las funciones de los equipos/dispositivos (llamados también
Units) es posible formar grupos (llamados también Meta-units) de
equipos/dispositivos que denoten secciones o bloques de proceso. Estos grupos
cumplen meta-funciones que pueden involucrar varias funciones específicas.
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3.2.1. GENERACIÓN DE NIVELES DE ABSTRACCIÓN
Una vez que se cuente con el conocimiento mediante el modelado del proceso, se
procederá a generar los niveles de abstracción con base en:
• Información del usuario. Esta información consta de dos partes: 1)
definición de “roles” de las especies químicas presentes y 2) los objetivos
por los cuales quiere aplicar retrofit. En el punto 1) el usuario deberá de
proporcionar información del “rol” que desempeña una especie química
determinada (reactivo, producto principal, subproducto, residuo, solvente,
catalizador o inerte). En el punto 2), se podrá seleccionar cual es el
objetivo de aplicar el retrofit, siendo posible seleccionar entre:
Incremento en la capacidad de producción.
Incremento de la calidad de los productos.
Reducción del consumo de energía
Reducción de la contaminación.
• Reglas de agrupamiento. Se debe definir cuales serán las posibles formas
en que los equipos/dispositivos de proceso generarán nuevas estructuras
como resultado de la agrupación de dos o más de ellas. En el Anexo 4 se
presentan las reglas de agrupamiento para los equipos y dispositivos de
proceso.
• Jerarquía de precedencia. Esta jerarquía de precedencia define el grado
de importancia de un equipo/dispositivo dentro de un proceso. Estará
fundamentada en la metodología jerárquica propuesta por Douglas
[Douglas, 1988] y la precedencia funcional propuesta por Teck Chong
[Teck Chong, 1995]. En la sección 4.3.2. se presenta con detalle la
jerarquía de precedencia para los equipos y dispositivos de proceso.
• Generación de diagramas de flujo de bloques (DFB). El DFB es un
diagrama que contiene una serie de bloques interconectados con
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corrientes de entrada y salida e incluye información de las condiciones de
operación (temperatura, presión, conversión, etc.). El DFB se construirá
con base en la descripción propuesta por Tourton et al. [Tourton et al.
1998, pag. 179-189]. El DFB podrá contener los siguientes bloques
genéricos: 1) preparación de las corrientes de entrada a la sección de
reacción, 2) sección de reacción, 3) preparación de las corriente de
entrada a la sección de separación, 4) sección de separación, 5) reciclo y
6) control ambiental.
En la figura 4 se presentan los niveles de abstracción que se generarán a partir de
un DFP de inicio.
Figura 4. Generación de niveles de abstracción.
Como se mencionó en la sección anterior, los equipos/dispositivos (Units) se
pueden agrupar en secciones o bloques de proceso denominados Meta-units. Las
Meta-units pueden contener tanto a Units como a otras Meta-units. Para la
generación de las Meta-units se consideran principalmente el modelo funcional y
teleológico de cada Unit y Meta-unit involucrada. Como resultado se obtiene una
jerarquía de meta-modelos conectados tanto en un mismo nivel (internivel) como
en diferentes niveles (intranivel). Un meta-modelo es una colección de modelos
Abstracción
Inicio
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individuales interconectados (estructura, comportamiento, función y teleología)
que representa a una Unit o Meta-unit como se muestra en la figura 5.
El nivel más bajo denotará a los Units de proceso que componen el DFP, en los
intermedios a las Units/Meta-units de cambio de flujo, presión o temperatura y en
los niveles más altos a las Meta-units de reacción/separación. Este enfoque le
permite al ingeniero el manejo de la información y reduce la complejidad del
problema para que pueda centrarse en la o las secciones de proceso de interés.
Figura 5. Jerarquía de meta-modelos.
Cabe mencionar que en el proceso de abstracción no se generan modelos
abstractos de comportamiento puesto que no se desea simular el proceso en
cada nivel de abstracción. La simulación del proceso en diferentes niveles de
abstracción es un tema que queda fuera del alcance de la metodología por su
dificultad. La idea es contar con una representación del conocimiento cualitativa y
lo suficientemente completa para poder aplicar retrofit.
Con esta etapa se satisfacen el tercer (modelado de objetos) y cuarto (modelado
de la lógica de inferencia) puntos que proponen Han y col. [Han et al., 1996] para
el desarrollo de KBS´s (sección 2.2).
EstructuraComportamiento
FunciónTeleología
EstructuraComportamiento
FunciónTeleología
EstructuraFunción
Teleología
EstructuraFunción
Teleología
EstructuraFunción
Teleología
Units
Meta-units
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3.3. GENERACIÓN DE ALTERNATIVAS
Una vez realizada las etapas anteriores y para generar alternativas de solución,
primero se deben identificar la o las secciones que son susceptibles de cambios o
mejoras. Para poder realizar esta actividad se cuenta con los objetivos por los
cuales el usuario quiere aplicar retrofit y la descripción del proceso. Con base en
los objetivos se pueden especificar criterios de retrofit que permitan de manera
más fácil identificar secciones de proceso. Estos criterios deben reunir las
siguientes propiedades:
1. Completez. La información de los requerimientos debe expresar de
manera específica lo que se desea con base en, al menos, un nivel de
abstracción.
2. Consistencia. Los requerimientos deben ser coherentes entre sí.
3. Operatividad. Los requerimientos deben expresar información acorde con
las funciones existentes en el nivel de abstracción seleccionado.
El representar adecuadamente los criterios de retrofit asegurará cumplir con los
objetivos y acotar el espacio de búsqueda para substituir la sección candidata a
modificación o sustitución. La identificación de la o las secciones involucra la
justificación de su selección, las restricciones que deben satisfacer, sus modelos
(intranivel e internivel) y la información de su entorno (relaciones, pre y
postcondiciones).
El espacio de búsqueda se acota mediante la verificación de consistencia entre
las características actuales y las características esperadas de la sección. Esta
actividad empleará el modelo funcional y teleológico para obtener los propósitos
no alcanzados. Además de los modelos es necesario verificar las precondiciones
y postcondiciones. La identificación de la o las secciones candidatas será un
proceso iterativo hasta encontrar la Unit o Meta-unit que produzca el efecto
deseado.
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Una vez identificada la o las secciones susceptibles de cambio o mejora, se
considera la búsqueda y adaptación de secciones similares (casos) en otros
diagramas de proceso. Se seleccionarán las secciones de proceso que más se
aproximen a la sección o secciones deseadas, es decir, que cumplan en lo
máximo posible con los nuevos requerimientos de retrofit. Este enfoque basado
en casos reduce el tamaño del espacio de búsqueda ya que se realiza sobre
información que ya ha sido utilizada previamente [Chandrasekaran, 1990]. Este
enfoque inicia con la especificación y planteamiento del problema (caso problema)
y se divide en:
• Recuperación de casos. Con base en la sección seleccionada y los
requerimientos de retrofit (caso problema) se hace una búsqueda y
recuperación de casos (secciones) que más se aproximen a la solución
deseada. Las secciones recuperadas se clasifican en un rango cualitativo
considerando las diferencias respecto a la sección deseada.
• Adaptación de casos. Las diferencias entre la sección deseada y
recuperada(s) deben minimizarse utilizando criterios técnicos/económicos.
El empleo del enfoque basado en casos requiere de una memoria (base) de
casos. Esta base de casos estará formada por información de procesos
industriales y académicos. Los casos (secciones) serán indexados de acuerdo a
sus características funcionales y estarán organizados con base en una jerarquía
generalización-especialización.
3.4. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS
La recuperación de un caso (sección) de proceso no garantiza que éste cumpla
totalmente con los nuevos requerimientos de proceso. El diagrama de proceso
alternativo debe evaluarse para comprobar en qué medida satisface los
requerimientos.
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La nueva alternativa puede aceptarse aunque sea necesario modificar alguna de
sus propiedades. Si por el contrario no cumple adecuadamente con lo esperado,
será necesario obtener otra alternativa. Este proceso será iterativo (entre la
obtención de alternativas y la evaluación de la misma) hasta que se obtenga un
DFP lo mas cercano posible a la solución deseada.
En la evaluación de alternativas es necesaria la ayuda de expertos en el
diseño/retrofit de procesos. De momento no está considerada la automatización
de esta etapa debido a que la complejidad de los procesos químicos obliga a que
los criterios de evaluación y las decisiones de diseño/retrofit queden supeditados
al conocimiento y experiencia del ingeniero. Cabe mencionar que la viabilidad de
un proceso responde a factores técnicos, de medio ambiente y de seguridad, pero
en primera instancia a económicos.
Otro aspecto a considerar es que la información contenida en la alternativa no
cubra toda la información en detalle de la estructura y comportamiento del
proceso. Cabe recordar que el nivel con mayor grado de granularidad (nivel de
abstracción 0) abstrae la información del proceso real proveniente del simulador
de procesos. Esta “eliminación” de información es justificable en la medida de que
la información relevante para la simulación puede ser irrelevante para su
rediseño. En la metodología que se presenta es responsabilidad del ingeniero el
interpretar el diagrama de flujo propuesto por el sistema, introducirlo y hacer que
converja (resolver los balances de materia y energía) en un simulador para
comprobar su comportamiento antes de implementar los cambios en el proceso
real.
3.5. RESUMEN
En este capítulo se presenta la metodología de retrofit de procesos la cual se
basa en las siguientes cuatro etapas generales:
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1. Extracción de la información.
2. Análisis y representación.
3. Generación de alternativas de solución.
4. Evaluación de alternativas.
La metodología esta limitada a procesos en estado estacionario y continuos. No
se consideran los procesos donde haya manejo de sólidos y electrolitos, así como
los sistemas de control con que cuenten los equipos/dispositivos de proceso.
La primer etapa de la metodología comprende la extracción de información
específica de cada uno de los equipos/dispositivos que forman el proceso. Esta
etapa permite obtener conocimiento estructural (topología) y de comportamiento
del proceso. En la segunda etapa se analiza la información y se obtiene el
conocimiento interpretativo (funcional y teleológico) del proceso, además se
realiza una representación jerárquica con base en el enfoque de modelos
múltiples, reglas de agrupamiento y jerarquías de precedencia. En esta etapa se
generan niveles de abstracción que junto con los objetivos de retrofit
(especificados por el usuario) permiten identificar la o las secciones susceptibles
de modificación/cambio. En la tercer etapa se generan alternativas de solución
una vez que el usuario haya identificado la o las secciones a explorar. Las
alternativas son generadas a partir de la aplicación de un sistema basado en
casos. Este sistema considera la búsqueda y adaptación de secciones (casos)
similares de otros procesos. Finalmente, en la cuarta etapa se plantea la
evaluación de las alternativas generadas. Esta etapa se apoya fuertemente en el
conocimiento y la experiencia de que tenga el ingeniero del proceso en cuestión.
En el siguiente capítulo se presenta la semi-automatización de las primeras tres
etapas de la metodología mediante el diseño y desarrollo de herramientas
informáticas. La última etapa no se tiene considerado automatizarla, sin embargo
el ingeniero contará con la información necesaria para poder realizar esta tarea
con ayuda de simuladores comerciales o académicos.
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Capítulo 4. IMPLEMENTACIÓN DE LA METODOLOGÍA DE RETROFIT
En el presente capítulo se describe el diseño y desarrollo de un sistema basado
en conocimiento (SBC) que implementa la metodología de retrofit descrita en el
capitulo anterior. El SBC esta formado por 4 prototipos informáticos y una
ontología que permiten aplicar de forma semiautomática la metodología de retrofit.
El capítulo esta dividido en cuatro secciones principales. En la primera se
describe la ontología que sirve de base para un lenguaje común entre los
prototipos informáticos y el usuario. En la segunda se presenta el prototipo
informático llamado HEAD (Hysys Extraction Data), el cual permite la extracción
de información de procesos simulados con ayuda del simulador comercial
Hysys.Plant™. En esta misma sección también se presenta el prototipo
denominado ETSEQ-Code Creator, el cual permite generar código informático
para programar funciones específicas de extracción de información. En la tercera
se presenta AHA! (Automatic Hierarchical Abstraction tool) el cual realiza el
análisis y la representación de la información proporcionada por HEAD. Uno de
los objetivos de AHA! es la generación de niveles de abstracción que permitan al
usuario comprender e identificar las secciones de proceso. En la última sección
se presenta RETRO (Reverse Engineering Tool for Retrofit Options), el cual
realiza una búsqueda de secciones susceptibles de mejora con base en
información proporcionada por el usuario y en unos criterios funcionales, para
posteriormente generar y evaluar alternativas de solución mediante un sistema de
razonamiento basado en casos.
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4.1. ONTOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS
Como se mencionó en la sección 2.2.1., una ontología puede servir de base para
la interoperabilidad entre sistemas informáticos y el usuario. En otras palabras,
una ontología es un vocabulario de conceptos, relaciones y axiomas que definen
un marco de entendimiento común en un área específica.
Los objetivos por los cuales es deseable contar con una ontología son:
• Contar con un vocabulario común.
• Facilitar el intercambio de información y conocimiento.
• Ayudar a desarrollar e integrar herramientas informáticas.
• Crear prototipos informáticos consistentes.
En la última década se ha incrementado el desarrollo de ontologías para la
representación del conocimiento, sin embargo, en Ingeniería Química es un
concepto relativamente nuevo. No se ha encontrado en la literatura alguna
ontología en el área de diseño/retrofit de procesos, por lo que se tomó la decisión
de no iniciar su desarrollo de cero y hacer una extensión (mediante la adición de
conceptos) de una ontología llamada SUMO (Suggested Upper Merged
Ontology). SUMO fue propuesta por The Standard Upper Ontology Working
Group [SUO-WG, 2005], el cual está avalado por el Institute of Electrical and
Electronics Engineers y está formado por investigadores que pertenecen a
distintas áreas de conocimiento, tales como, Ingeniería, Filosofía y Ciencias
Computacionales. SUMO fue seleccionado debido a que proporciona una
terminología de propósito general y puede emplearse como base para áreas
específicas.
La ontología propuesta se denomina OnREP (Ontology for Retrofit of Processes).
OnREP extiende conceptos genéricos de SUMO tales como procesos, objetos y
conceptos topológicos. Sobre éstos conceptos se han definido conceptos más
específicos tales como, procesos fisicoquímicos, procesos termodinámicos,
sustancias, “roles” de sustancias, dispositivos (equipos, accesorios y conexiones),
unidades de medida, operaciones y relaciones.
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El nivel jerárquico mas alto o raíz en SUMO se denomina “Entidad” (Entity), la
cual se divide en entidades Físicas (Physical) y Abstractas (Abstract). Las
entidades físicas son aquellas que ocupan un lugar espacio-tiempo y las
abstractas no. La mayoría de los conceptos que se han adicionado a SUMO son
entidades físicas. En la figura 6 se muestra un ejemplo de cómo se han
instanciado conceptos en SUMO. Estas instancias corresponden a las instancias
Mixer y Mixing.
Figura 6. Extensión e instanciación de conceptos en SUMO.
El empleo de una ontología permite clasificar de la misma manera en que se haría
utilizando una representación orientada a objetos. En este caso cada concepto
pertenece a una clase (e.g., tipo de concepto) y tiene atributos (e.g., sus
características) que lo diferencian de los demás. Este enfoque permite generar
una jerarquía de conceptos. Por ejemplo, una clase Dispositivo puede tener los
siguientes campos:
Nombre:
Tipo_dispositivo:
No_corrientes_de_entrada:
Nombres_corrientes_de_entrada:
Nombres_de_equipos_de_entrada:
No_corrientes_de_salida:
Entity
Physical
Object
EngineeringComponent
Pump Mixer
Abstract
Axial Rotary Centrifugal
Process
Combining
Mixing
Relation
Cause
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Nombres_de_equipos_de_salida:
Nombres_corrientes_de_salida:
Con esta clase es posible representar a todos los equipos y accesorios de una
planta química. Por otro lado, a partir de la clase Dispositivo es posible definir las
clases Compresor (para representar a los equipos que se utilizan para
incrementar la presión de las corrientes de proceso) y Calentador (idem que la
anterior pero para temperatura) con los siguientes campos adicionales:
Compresor: Calentador:
Fase_corriente_de_entrada Fase_corriente_de_entrada
Presión_de_entrada Temperatura_de_entrada
Presión_de_salida Temperatura _de_salida
Fase_corriente_de_salida Fase_corriente_de_salida
Delta_de_presión Delta_de_temperatura
Potencia Flujo_de_energía
Posteriormente a estas clases pueden definirse clases más específicas que
permitan representar determinados tipos de compresores o calentadores. De esta
manera se forma una jerarquía de conceptos mediante relaciones “padre-hijo”
como se muestra en la figura 7.
Figura 7. Estructura jerárquica en una ontología.
Los conceptos formalizados en OnREP son cerca de 200, los cuales cubren las
áreas de diseño y retrofit de procesos. Cabe mencionar que OnREP es una
ontología abierta que permite la adición de nuevos conceptos mediante la
codificación de las siguientes propiedades:
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Conceptos. Se definen de lo general a lo específico, e.g. “Dispositivo,
Compresor y Calentador”
Relaciones. Cómo un concepto se relaciona con otro, e.g. “Dispositivo-A
conectado_a Dispositivo-B”
Funciones. Cómo puede calcularse el valor de algún campo, e.g.
“Delta_de_temperatura = Flujo_calor /Flujo_masa * Cp”.
Axiomas. Algo que es siempre cierto en el dominio, e.g.
“Columna_destilación: separa una corriente de alimentación en estado
líquido y/o vapor por diferencia de volatilidad entre las sustancias
presentes”.
Instancias. Es la concepción específica de los elementos físicos o
abstractos, e.g. “Compresor(nombre: K-100; Delta_de_presión: 35 kPa;
Potencia: 10 hp)”.
OnREP es una ontología que no puede ni debe compararse aún con otra
ontología similar (si es que existe) ya que se ha desarrollado únicamente para
emplearla en la metodología de retrofit propuesta. Con la formalización de OnREP
se pretende dar pauta para establecer un punto de partida para la estandarización
de una terminología común en el diseño/retrofit de procesos. Una de las
limitaciones de OnREP es que no incluye conceptos dependientes del tiempo.
Esta limitación es debido a que la metodología propuesta solo se aplica a
procesos continuos y en estado estacionario.
4.2. HEAD
Tal y como se menciona en la sección 3.1, la primer etapa de la metodología de
retrofit es la extracción de información específica del proceso. La información es
extraída después de que el usuario ha generado un diagrama de flujo de proceso
(DFP) del proceso real con ayuda de algún simulador comercial. En la presente
investigación el simulador empleado para tal efecto es Hysys.Plant™ versión
2.4.1. [Hyprotech, 2001]. Para realizar la extracción de información de
Hysys.Plant™ primero se determinaron las estructuras de datos necesarias para
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cada uno de los equipos, dispositivos y corrientes de proceso, así como de las
sustancias presentes y las reacciones entre ellas (si es que existen). En el Anexo
1 se presentan las estructuras de datos para los diferentes componentes.
Hysys.Plant™ proporciona una interfaz para la generación de DFP mediante
iconos de equipos/accesorios de proceso y su interconexión mediante corrientes
de proceso. Previo a la construcción del DFP es necesario definir el modelo
termodinámico a utilizar, las especies químicas presentes y si es el caso las
reacciones químicas entre ellas. Hysys.Plant™ permite la simulación de procesos
en estado estacionario y dinámico, pero no permite exportar directamente la
información del DFP generado. La solución para extraer información de ficheros
de Hysys.Plant™ es mediante el uso de la capacidad denominada
Programmability con que cuenta. Para hacer uso de esta capacidad es necesario
diseñar y desarrollar software en el lenguaje de programación Visual.Basic™. Con
base en las estructuras de datos presentadas en el Anexo 1, se diseñó y
desarrolló un prototipo llamado HEAD (Hysys Extraction Data), el cual se describe
en la sección 4.2.2.
4.2.1. ETSEQ-Code Creator
Como se mencionó anteriormente, Hysys.Plant™ no permite extraer información
directamente de los componentes de un DFP (llamados objetos). Para resolver
éste problema se desarrollo el prototipo llamado ETSEQ-Code Creator, el cual
permite buscar y seleccionar información específica de todos los objetos (e.g.
equipos, corrientes, modelos termodinámicos, etc.) definidos en Hysys.Plant™
para posteriormente generar el código necesario para programar funciones en
Visual.Basic™. ETSEQ-Code Creator permite:
1. Iniciar a trabajar con un fichero nuevo o abrir uno existente. Esta capacidad le
permite al usuario recuperar ficheros anteriores en los cuales haya generado
código para programar.
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2. Visualizar y trabajar con todos los objetos definidos en Hysys.Plant™. Esta
propiedad le permite al usuario seleccionar los diferentes tipos de objetos
definidos en Hysys.Plant™ de manera que pueda encontrar la información
requerida de manera fácil y rápida. Por ejemplo, en la Figura 8 se muestran los
objetos definidos como “Operations”.
Figura 8. Objetos contenidos dentro de “Operations”.
3. Generar código en Visual.Basic para leer información específica de los objetos
de Hysys.Plant™. Por ejemplo, si se desea saber cual es la corriente de
proceso conectada al lado coraza de un cambiador de calor, el código que
debe adicionarse es:
“Aplication.SimulationCases.SimulationCase.Flowsheet.Operations.HeatExchanger.ShellSide.Feed”
4. Declarar las variables a utilizar para la lectura de información de Hysys.Plant™.
Esta opción permite generar de forma automática el código para declarar las
variables requeridas durante la programación en Visual.Basic. Por ejemplo, si
se define como nombre de variable “hyReflux” para describir a la corriente de
reflujo, el código que se genera es “Dim hyReflux As ProcessStream”, como se
muestra en la Figura 9.
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Figura 9. Generación de código para declaración de variables.
5. Modificar o adicionar objetos a la base de datos. Esta arquitectura abierta le
permite al prototipo crecer mediante la modificación o adición de nuevos
objetos (ver Figura 10).
Figura 10. Modificación/adición de objetos en la base de datos de
ETSEQ-Code Creator.
Cabe mencionar que los resultados de ETSEQ-Code Creator se presentaron en el
primer congreso universitario sobre simulación y aplicación Hyprotech [Fernández
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et al., 2001], además de que se publicó un artículo en la revista CACHE News
[Fernández et al., 2002].
4.2.2. EXTRACCIÓN Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN
La extracción de información se enfoca principalmente en los equipos y
dispositivos de proceso así como en las corrientes de materia y energía, sin
considerar los sistemas e instrumentos de control con que cuenten. La
información que se extrae sirve de base para generar los modelos estructurales
(topología) y de comportamiento de cada uno de los equipos y dispositivos.
El empleo de un simulador comercial (en este caso Hysys.Plant™) asegura que no
existan ambigüedades e inconsistencias de datos (considerando que el usuario
converge correctamente la información proporcionada del proceso en el
simulador). Al hacer la extracción selectiva de datos se elimina información no
necesaria para el retrofit y se reduce la complejidad del proceso al manejar menor
cantidad de información. Esta reducción permite un fácil manejo y comprensión
del proceso por parte del ingeniero o diseñador.
Para realizar esta actividad, y como se mencionó en las secciones anteriores, se
desarrolló el prototipo llamado HEAD (Hysys Extraction Data). HEAD es un
conjunto de funciones (macros) programadas en Visual.Basic™ que extraen y
analizan información de DFP´s contenidos en Hysys.Plant™. Los macros están
programados para extraer información con base en las estructuras de datos
definidas en el Anexo 1. Con esta información se forman los modelos
estructurales de los equipos y dispositivos del proceso. El análisis de la
información se lleva a cabo mediante balances de materia y energía para generar
los modelos de comportamiento. Los macros están insertados en MS-Excel™
gracias al uso de la propiedad de comunicación OLE. Esto proporciona al usuario
un ambiente generalmente conocido para analizar, interpretar y exportar datos. En
la Figura 11 se presenta la interfaz de usuario de HEAD y en el Anexo 2 se
presenta el código fuente.
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Figura 11. Interfaz de usuario de HEAD.
Para poder ejecutar HEAD es requisito que en el ordenador se encuentre
instalado Hysys.Plant™. Una vez que se pulsa el botón “Start”, HEAD permite la
selección del fichero de Hysys.Plant™ (ficheros con extensión *.hsc) que contiene
el DFP. Hecha la selección se debe esperar un tiempo hasta que aparezca una
ventana con el titulo “End of HEAD program” (e.g. 20 segundos para un proceso
con 19 equipos, 27 corrientes de materia, 3 de energía y 10 especies químicas
utilizando un ordenador con un procesador Pentium III a 533 MHz).
Finalizada la lectura y análisis de los datos del DFP, se hace un vaciado de datos
en la hoja de trabajo de Excel™ llamada “output”. En esta hoja se organiza la
información en 5 clases de equipos/dispositivos, además de las corrientes de
materia y energía con base en la estructura especificada en la Tabla 2. El usuario
debe seleccionar esta hoja y exportar los datos a un archivo con extensión *.dat
mediante la opción “Guardar como” y con el tipo “Texto (delimitado por
tabulaciones)”. Este fichero contendrá la información del modelo estructural y de
comportamiento del DFP y será utilizado para iniciar la segunda etapa de la
metodología.
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Tabla 2. Especificación de campos de información para el modelo estructural de
equipos, dispositivos y corrientes de proceso.
Clase Equipo/ Dispositivo Campos de información
Reactor tipo tanque
cstr_reactor, name, no_stream_in, name_stream_in, no_stream_out, name_stream_out, vessel_volume, reaction_type, pressure_drop, liquid_level
Reacción
Reactor tubular tubular_reactor, name, no_stream_in, name_stream_in, no_stream_out, name_stream_out, no_tubes, diameter_tubes, tube_wall_thickness, diameter_particle, solid_density, reaction_type, pressure_drop
Extractor Líquido–Líquido
liq_liq_extractor, name, no_stream_in, name_stream_in no_stream_out, name_stream_out, no_stages
Flash flash_tank, name, no_stream_in, name_stream_in, no_stream_out name_stream_out, name_stream_vapour, name_stream_liquid
Separador de 3 fases
3_phase_separator, name, no_stream_in, name_stream_in, no_stream_out, name_stream_out, name_stream_vapour, name_stream_heavy_liquid
Columna de Destilación
trayed, name, no_stream_in, name_stream_in, no_stream_out name_stream_out, no_stages, reflux_ratio
Separación
Absorbedor absorber, name, no_stream_in, name_stream_in, no_stream_out name_stream_out, no_stages
Cambiador de calor
heat_exchanger, name, name_tube_side_in, name_tube_side_out, name_shell_side_in, name_shell_side_out, heat_transfer_area length_tubes, heat_loss
Calentador heater, name, name_stream_in, name_stream_out, name_heat_load, pressure_drop, temperature_change
Enfriador cooler, name, name_stream_in, name_stream_out, name_heat_load, pressure_drop temperature_change
Temperatura
Enfriador de aire air_cooler, name, name_stream_in, name_stream_out, temperature_air_in, temperature_air_out
Compresor
compressor, name, name_stream_in, name_stream_out, name_stream_energy, pressure_change
Bomba pump, name, name_stream_in, name_stream_out, name_stream_energy, pressure_change
Expansor expander, name, name_stream_in, name_stream_out, name_stream_energy, pressure_drop
Presión
Válvula valve, name, name_stream_in, name_stream_out, pressure_drop
Mezcladores mixer, name, no_stream_in, name_stream_in, name_stream_out Flujo
Divisores split, name, name_stream_in, no_stream_out, name_stream_out
Materia material_stream, name, no_comp, name_comp, vapour_fraction, temperature, pressure, mass_flow, molar_flow, molar_enthalpy, molar_entropy, heat_flow, mass_fraction, molar_fraction Corrientes de
proceso
Energía energy_stream, name, heat_flow
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4.3. AHA!
La segunda etapa de la metodología es la de análisis y representación (sección
3.2.). Para realizar esta etapa de forma semi-automática se desarrolló un prototipo
denominado AHA! (Automatic Hierarchical Abstraction tool). AHA! genera niveles
de abstracción de un proceso con base en:
• La información proporcionada por HEAD.
• Una jerarquía de precedencia de equipos y dispositivos.
• Las reglas de agrupamiento.
Los niveles de abstracción le permiten al usuario identificar secciones
susceptibles de cambios o mejoras. En las siguientes subsecciones se describen
en detalle cada uno de los puntos mencionados anteriormente.
4.3.1. REPRESENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO
La información proporcionada por HEAD (el modelo estructural y de
comportamiento) es analizada en AHA! para generar el modelo funcional y
teleológico de los equipos y dispositivos de proceso. Con el modelo estructural se
identifica la clase a que pertenece un equipo/dispositivo y con la interpretación de
su modelo de comportamiento se genera el modelo funcional. Con ayuda de los
modelos estructural y funcional se genera el modelo teleológico, proporcionando
una posible explicación del “por qué” está un determinado equipo/dispositivo en el
DFP.
4.3.1.1. MODELO FUNCIONAL
Dependiendo del comportamiento y la clase a que pertenece un equipo en
particular, se le puede asignar una función general y una específica, tal y como se
mencionó en la sección 3.2. La función específica de un equipo/dispositivo es
aquella que el diseñador concibe que un determinado equipo/dispositivo
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desempeñará dentro de un proceso. De esta manera se pueden agrupar clases
de equipos dependiendo de la función específica asociada. A su vez estas
funciones específicas pueden agruparse en funciones generales que permitan
formar bloques genéricos como los descritos por Turton [Turton et al., 1998].
Con base en las funciones generales y específicas se forma una jerarquía
generalización-especialización de funciones. Esta jerarquía funcional comprende
todos los equipos/dispositivos de cualquier DFP. Cabe mencionar que esta
jerarquía se basa y extiende el trabajo realizado por Teck Chong [Teck Chong,
1995]. En la Tabla 3 se presenta esta jerarquía de funciones y en la Figura 12 se
presentan algunos iconos de equipos/dispositivos de proceso que representan a
las 5 funciones generales.
Tabla 3. Jerarquía de funciones de equipos y dispositivos de proceso.
Función General Función Específica Clasificación genérica de equipos
Reacción en tanque Reactores tipo tanque con o sin agitación Reacción
Reacción en tubos Reactores tubulares Filtración Filtros
Extracción Extractor Líquido–Líquido Separación en tres fases Separador de tres fases Destilación con una etapa Flash
Destilación con múltiples etapas Columna de destilación Absorción Absorbedor Adsorción Adsorbedor Lixiviación Lixiviador
Separación
Secado Secador Cambiador de calor
Calentar Calentador
Cambiador de calor Cambio de
Temperatura Enfriar
Enfriador Compresor
Aumentar presión Bomba
Expansor Cambio de
Presión Disminuir presión
Válvula Mezclar Mezcladores Cambio de
Flujo Dividir Divisores
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Figura 12. Jerarquía de funciones: iconos de equipos/dispositivos de proceso.
4.3.1.2. MODELO TELEOLÓGICO
El modelo teleológico proporciona una explicación del “por qué” de un
equipo/dispositivo dentro de un DFP. Este modelo se construye con base en los
modelos estructural, de comportamiento y funcional. Esta dependencia hace que
cada equipo y dispositivo requiera de un análisis detallado de los
equipos/dispositivos que lo rodean y de las corrientes de procesos que los unen,
las condiciones y propiedades de entrada y salida, así como de su función general
y específica.
Para facilitar esta tarea se ha definido un conjunto de parámetros que se deben
conocer para generar el modelo teleológico de un equipo/dispositivo de proceso.
En la Tabla 4 se presentan los parámetros necesarios de los equipos y
dispositivos con base en la función jerárquica a la que pertenecen.
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Tabla 4. Parámetros para generar el modelo teleológico de equipos y dispositivos
de proceso.
Función Jerárquica Parámetros
Reacción
1. Tipo de reactor. 2. Especies químicas presentes y sus roles. 3. Conversión y/o selectividad. 4. Temperatura, presión, concentración y fracción vaporizada de las corrientes de entrada y salida.
Separación
1. Tipo de sistema de separación. 2. Especies químicas presentes y sus roles. 3. Temperatura, presión, concentración y fracción vaporizada de las corrientes de entrada y salida.
Cambio de Temperatura
1. Tipo de equipo para cambio de temperatura. 2. Especies químicas presentes y sus roles. 3. Temperatura, presión y fracción vaporizada de las corrientes de entrada y salida.
Cambio de Presión
1. Tipo de equipo para cambio de presión. 2. Especies químicas presentes y sus roles. 3. Temperatura, presión y fracción vaporizada de las corrientes de entrada y salida.
Cambio de Flujo
1. Tipo de equipo de flujo. 2. Especies químicas presentes y sus roles. 3. Temperatura, presión y fracción másica/molar de las corrientes de entrada y salida.
Con base en los parámetros de la Tabla 4 y con ayuda de la Tabla 2, se pueden
determinar las clases a que pertenecen los equipos/dispositivos de entrada y
salida a un determinado equipo o dispositivo (llamados en adelante Unit en el
caso de los equipos/dispositivos sin abstraer y Meta-unit para los que han sido
abstraídos, tal y como se describe en la sección 3.2.1.). Cabe mencionar que a
las corrientes de entrada o de salida del proceso se les asigna la clase “Input- I ” y
“Output- O ” respectivamente.
Para generar el modelo teleológico de una Unit/Meta-unit se debe determinar el
número de clases diferentes que entran y salen. Por ejemplo, si un mezclador
tiene conectados dos reactores y una válvula a su entrada y un enfriador a su
salida, se considerará que tiene dos clases de entrada (reacción y presión) y una
de salida (temperatura). En los casos en que se encuentre una Unit/Meta-unit con
mas de una corriente de entrada de proceso a su entrada o con mas de una
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corriente de salida de proceso a su salida, se considerará como una clase de
entrada Input o una de salida Output respectivamente. Esta simplificación permite
que el número de posibles alternativas para generar el modelo teleológico de una
Unit/Meta-unit se reduzca al considerar sólo 6 tipos de clases conectadas a la
entrada (I,R,S,T,P,F) o la salida (O,R,S,T,P,F). En la Figura 13 se presenta el
número de alternativas posibles (19845) considerando esta simplificación. Estas
alternativas incluyen todas las posibles combinaciones de Units/Meta-units dentro
de un proceso.
Figura 13. Alternativas para generar el modelo teleológico de Units/Meta-units.
Como ejemplo para generar las alternativas de la Figura 13, considere que una
determinada Unit (U) tiene la clase “ I “ de entrada y 1 cualquiera de las 6 posibles
de salida. Las 6 posibles combinaciones serían:
I → U → O
I → U → R
I → U → S
I → U → T
I → U → P
I → U → F
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En la Tabla 5 se muestran las 57 posibles alternativas restantes para cuando la
misma Unit tiene 2, 3, 4, 5 y 6 tipos de clases diferentes a la salida.
Tabla 5. Combinaciones posibles para una Unit (U) con una entrada y de 2 a 6
salidas.
1 entrada y 2 salidas
1 entrada y 3 salidas
1 entrada y 4 salidas
1 entrada y 5 salidas
1 entrada y 6 salidas
I → U → O,R I → U → O,R,S I → U → O,R,S,T I → U → O,R,S,T,P I → U → O,R,S,T,P,F
I → U → O,S I → U → O,R,T I → U → O,R,S,P I → U → O,R,S,T,F
I → U → O,T I → U → O,R,P I → U → O,R,S,F I → U → O,R,S,P,F
I → U → O,P I → U → O,R,F I → U → O,R,T,P I → U → O,R,T,P,F
I → U → O,F I → U → O,S,T I → U → O,R,T,F I → U → O,S,T,P,F
I → U → R,S I → U → O,S,P I → U → O,R,P,F I → U → R,S,T,P,F
I → U → R,T I → U → O,S,F I → U → O,S,T,P
I → U → R,P I → U → O,T,P I → U → O,S,T,F
I → U → R,F I → U → O,T,F I → U → O,S,P,F
I → U → S,T I → U → O,P,F I → U → O,T,P,F
I → U → S,P I → U → R,S,T I → U → R,S,T,P
I → U → S,F I → U → R,S,P I → U → R,S,T,F
I → U → T,P I → U → R,S,F I → U → R,S,P,F
I → U → T,F I → U → R,T,P I → U → R,T,P,F
I → U → P,F I → U → R,T,F I → U → S,T,P,F I → U → R,P,F
I → U → S,T,P
I → U → S,T,F
I → U → S,P,F
I → U → T,P,F
N U M E R O D E C O M B I N A C I O N E S
15 20 15 6 1
De esta forma se obtienen las 63 posibles combinaciones para un tipo de clase de
entrada. El número de combinaciones para los 6 diferentes tipos de clase para
cuando solo hay una de entrada sería: 63 * 6 = 378, el cual corresponde con el
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que se muestra en la Figura 13. De esta forma se obtienen las 3969 posibles
combinaciones para cuando son 2, 3, 4, 5 y 6 tipos diferentes de clases de
entrada para una determinada Unit. Puesto que hemos considerado 5 tipos
diferentes de Units/Meta-units, obtenemos las 19845 (al multiplicar 3969 por 5)
posibles combinaciones para un proceso químico.
Ahora bien, el problema para generar el modelo teleológico se complica puesto
que además de depender de las clases de entrada y salida, depende de las
condiciones de operación de la Unit/Meta-unit. Para resolver este problema se ha
generado un sistema de reglas de producción que permite con base en
estructuras semánticas (frames) y un conjunto de palabras claves (keywords)
generar el modelo teleológico de cualquier Unit o Meta-unit. Las palabras claves
son calculadas o inferidas mediante la información contenida en el modelo
estructural. La palabras claves están contenidas dentro de las estructuras
semánticas y una vez evaluadas permiten individualizar el modelo teleológico. En
la Figura 14 se presenta el esquema general del sistema de reglas de producción
y en el Anexo 3 se presenta con detalle el desarrollado del mismo para cada una
de las 5 clases de la Tabla 3.
Figura 14. Diagrama general del sistema de reglas de producción para generar el
modelo teleológico de una Unit o Meta-unit.
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4.3.2. GENERACIÓN DE NIVELES DE ABSTRACCIÓN
Como se mencionó en la sección 2.1, el objetivo de la metodología de Douglas
[Douglas, 1988] es encontrar una alternativa de proceso a partir de información
inicial y de la aplicación de 5 decisiones jerárquicas. La idea de la metodología
propuesta en el Capítulo 3 es aplicar de forma inversa la metodología de Douglas,
es decir, partir de una alternativa de proceso (proceso existente) para obtener el
conocimiento de cómo pudo ser concebido mediante la abstracción del mismo.
Para la generación de niveles de abstracción se definieron las reglas de
agrupamiento (ver anexo 4) y la jerarquía de precedencia.
Como se mencionó en la sección 3.2.1. las reglas de agrupamiento definen las
posibles formas en que las Units generarán nuevas estructuras (Meta-units) como
resultado de la agrupación de dos o más de ellas. En la Figura 15 se muestran las
31 posibles agrupaciones (bloques) funcionales que se pueden formar a partir de
las 5 funciones jerárquicas de la Tabla 3.
Figura 15. Generación de bloques funcionales a partir de una
jerarquía de funciones.
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La jerarquía de precedencia es el grado de importancia de la Unit o Meta-unit en
el proceso y define el orden en el cual las Units/Meta-units deben ser abstraídas.
La jerarquía de precedencia esta definida con base en la función general (ver
Tabla 3) y se muestra en la Figura 16.
Reacción > Separación > Cambio de
Temperatura > Cambio de
Presión > Cambio de Flujo
Figura 16. Jerarquía de precedencia. Las Units del proceso a analizar que estén dentro de “Reacción” tendrán la mayor jerarquía posible, continuando con las que estén dentro de “Separación” y así sucesivamente. Esto significa que para la generación de niveles de abstracción las Units que estén dentro de “Cambio de Flujo” serán las primeras en abstraerse y las de “Reacción” las últimas. Las abstracciones se realizan mediante la utilización de un sistema basado en reglas combinando las reglas de agrupamiento y la jerarquía de precedencia. De esta forma se abstraen una a una las Units que pertenecen a una jerarquía menor. En las abstracciones se van eliminando detalles de las Units abstraídas. Durante estas abstracciones se generan las Meta-units. En esencia una Meta-unit es una Unit con información básica que no contiene información detallada de las Units involucradas. Puesto que las Meta-units heredan conocimiento (información) de la Unit, éstas también pueden originar otras Meta-units en un siguiente nivel de abstracción. Las Meta-units combinan la información de una Unit con otra, manteniendo la independencia de sus modelos. El conocimiento funcional de las Meta-units predomina sobre los otros conocimientos, ya que con base en éste, se identifica la sección del proceso que representa dicha Meta-unit. Aunque los conocimientos estructural, funcional y teleológico de una Meta-unit son diferentes de las Units que abstraen, ésta Meta-unit conserva la misma funcionalidad de dichas Units, es decir, representa la misma sección del proceso en el nivel más detallado.
Para ejemplificar el caso más sencillo de la generación de una Meta-unit consideremos las Units Unit A y Unit B, siendo Unit A de mayor jerarquía de precedencia que Unit B. Están conectadas por la corriente 3, además de que la Unit A tiene como corrientes de entrada la número 1 y 2, y la Unit B tiene de
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salida a la 4 y 5. La abstracción de ambas generará una Meta-unit C. Esta Meta-unit se origina a partir de Unit A, es decir, contiene, además de la información de Unit A, información de la Unit B. Ambas funcionalidades coexisten, pero predomina la función de la Unit A. En el nivel más detallado se pasaría de un nivel de abstracción a otro como se muestra en la Figura 17.
Figura 17. Generación de Meta-units.
En el caso de las Units de separación y reacción, que son los dispositivos que se agrupan al final por tener mayor jerarquía de precedencia, se distinguen básicamente dos casos:
• Si no hay reactores, las Units de separación se agrupan entre ellas y se
obtiene la Meta-unit_Separación final. • Si hay reactores, las Units de separación se agrupan del modo anterior
antes de agruparse a los sistemas de reacción. Si una Unit debe agruparse a la Unit que está a su salida y tiene más de una Unit/Meta-Unit de salida, se identifica a la Unit de salida que tenga mayor jerarquía respecto a la Unit en cuestión. Lo mismo sucede si la Unit ha de agruparse con la Unit que esté a su entrada y haya más de una Unit de entrada. Por ejemplo, en la Figura 18 al obtener la Meta-unit E, visualmente no se distingue si Unit C y Unit D estaban conectados a Unit A o Unit B, pero internamente (en el modelo estructural) se lleva un registro de todo lo sucedido. Dentro de la información que se almacena en cada agrupación está:
1) Las Units que estaban conectadas a la entrada y salida. 2) Las Units que forman una Meta-unit en los nivel de abstracción mayor y
menor. 3) Las Units que han sido abstraídas por una Meta-unit. 4) Las nuevas corrientes y equipos de entrada y salida.
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Figura 18. Agrupación con diferentes jerarquías de precedencia.
Otra situación que puede presentarse es cuando dos Units tienen la misma jerarquía de separación o reacción y tienen que abstraerse. En este caso pueden agruparse entre sí y generar una Meta-unit. Por ejemplo, dadas dos Units, Unit A y Unit B de alguna de las funciones anteriores, pueden agruparse de dos formas: Unit A se agrupa con Unit B que está a su entrada ó Unit B se agrupa con Unit A que está a su salida. En principio resultaría una Meta-unit con la misma información, a excepción de la Unit que origina a dicha Meta-unit. En cuanto a funcionalidad no habría ningún problema, puesto que ambas tienen la misma función. En todos los casos finalmente se obtiene un bloque con entradas y salidas como el que se tenía al iniciar el diseño del proceso y que Douglas representa como una caja “negra” con entradas y salidas (ver Figura 1). Este bloque contiene de manera abstracta todas las funciones, Units y corrientes que componen al proceso, además del historial de cómo se fueron agrupando las Unit, las corrientes y la posible explicación del proceso.
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4.4. RETRO
La tercer etapa de la metodología es la generación de alternativas (sección 3.3).
Para realizar esta etapa de forma semi-automática se desarrolló un prototipo
denominado RETRO (Reverse Engineering Tool for Retrofit Options). RETRO
genera alternativas mediante :
• La identificación de secciones susceptibles de cambio.
• La recuperación de secciones de procesos.
• La adaptación de las secciones recuperadas.
Para el primer punto se ha desarrollado un algoritmo que permite la identificación
de secciones de proceso con base en información proporcionada por el usuario y
unos criterios funcionales. Los últimos dos puntos han sido cubiertos mediante el
diseño y desarrollo de un sistema de razonamiento basado en casos. En las
siguientes subsecciones se describen en detalle cada uno de los puntos
mencionados anteriormente.
4.4.1. IDENTIFICACIÓN DE SECCIONES SUSCEPTIBLES DE RETROFIT
Para la identificación de secciones (bloques) de proceso susceptibles de mejoras
o cambios se realiza un búsqueda de las Units/Meta-units con base en los
objetivos de retrofit proporcionados por el usuario (ver sección 3.2.1.) y los
siguientes criterios funcionales (CF):
CF-1. Reacción. Units/Meta-units donde ocurre transformación de la materia
debido a una reacción química (por ejemplo, reactores tipo tanque
agitado, tubulares, etc.).
CF-2. Separación. Units/Meta-units donde se separa y concentra la materia
sin reacción química (por ejemplo, columnas de destilación, absorción,
etc.).
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CF-3. Temperatura. Units/Meta-units donde ocurren principalmente cambios
de temperatura en la materia (por ejemplo, cambiadores de calor,
enfriadores, etc.).
CF-4. Presión. Units/Meta-units donde ocurren principalmente cambios de
presión en la materia (por ejemplo, compresores, bombas, etc.).
CF-5. Flujo. Units/Meta-units donde se mezcla o divide la materia (por
ejemplo, mezcladores y divisores).
La identificación se realiza mediante una verificación de consistencia. De esta
manera se buscan e identifican las Units/Meta-units que satisfacen un
determinado criterio funcional con base en sus modelos funcional y teleológico,
además de los valores de las variables de proceso (presión, temperatura,
concentración, flujo, etc.). Como resultado se obtiene una lista de Units/Meta-units
que pueden ser consideradas por el usuario como punto de inicio para generar
una alternativa. Una vez seleccionada la Unit/Meta-unit se identifican sus
correspondientes Units/Meta-units “causa” y “consecuencia”. La Unit/Meta-unit
“causa” es aquella que provee las condiciones de operación de las variables de
proceso de la Unit/Meta-unit de interés, mientras que la Unit/Meta-unit
“consecuencia” es aquella que se ve afectada por la Unit/Meta-unit de interés.
Ambas Units/Meta-units (causa y consecuencia) son importantes al momento de
realizar la adaptación y evaluación de una alternativa.
4.4.2. RAZONAMIENTO BASADO EN CASOS
Con la Unit/Meta-unit seleccionada se da paso a la aplicación del sistema de
razonamiento basado en casos (CBR, Case-Based Reasoning) para la
generación de alternativas de solución. Como se mencionó en la sección 3.3, el
sistema CBR se divide en recuperación y adaptación de casos. Cabe mencionar
que sólo son de interés las dos primeras etapas de las cuatro que comúnmente
forman un sistema CBR. La tercer etapa de un sistema CBR es la de “revisión”, la
cual esta ligada con la etapa 4 (evaluación de alternativas) de la metodología de
retrofit propuesta (ver Figura 3). La última etapa de un sistema CBR es la de
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retención o almacenamiento del conocimiento generado. Esta etapa almacena un
caso después de que ha sido adaptado y probado como una solución valida al
problema inicialmente planteado. Esta etapa se realizará posteriormente a la
evaluación de la alternativa por parte del usuario.
4.4.2.1. INDEXADO DE CASOS
Previo a las actividades de recuperación y adaptación, el sistema CBR requiere
de una memoria (base) de casos. La base de casos debe poblarse con
información de procesos que han sido diseñados y validados previamente. Para
poblar la base de casos, los casos se indexan de acuerdo a sus características
funcionales formando una jerarquía generalización-especialización.
Cada proceso químico puede proveer información de los equipos y dispositivos
que lo forman, así como de sus propiedades. Estos a su vez pueden ser
representados como casos para poblar la base de casos. Se logró conseguir
información de 50 procesos químicos, los cuales han sido simulados con ayuda
de Hysys.Plant™ y se han generado sus representaciones en niveles de
abstracción con ayuda de HEAD y AHA!. Cada Unit o Meta-unit identificada o
generada constituye un caso base o abstracto respectivamente.
Desde un punto de vista general los casos tienen características comunes, tales
como variables de proceso, corrientes de entrada y salida, nivel de abstracción,
etc. Desde un punto de vista específico las características de un caso dependen
del tipo de Unit/Meta-unit que represente. Por ejemplo, las Units de cambio de
presión (compresores, bombas, etc.) tienen como característica común el
aumento/disminución de la presión, la presión y la fase de entrada y de salida,
etc. Estas características son las que permiten indexar los casos con base en sus
funciones y formar una jerarquía generalización-especialización. Esta jerarquía
consta de 5 grupos principales: 1) reacción, 2) separación, 3) cambio de
temperatura, 4) cambio de presión y 5) cambio de flujo.
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Los casos son representados como “objetos”, es decir, se consideran como una
entidad la cual esta definida por un conjunto de atributos. La estructura básica de
un caso es:
• Identificación del proceso.
• Función general.
• Función específica.
• Nivel de abstracción.
• Padres.
• Hijos.
• Corrientes de entrada.
• Corrientes de salida.
• Sustancias químicas.
• Rol de las sustancias químicas.
• Objetivos.
El atributo “padre” e “hijo” de un determinado caso se refiere a la Unit/Meta-unit
que ha generado o la Unit/Meta-unit que lo generó. Dadas las Units/Meta-units A,
B, C, D y E (ver Figura 19), se puede decir que A y B son “padres” de C, y C y D a
su vez son “padres” de E. Esto implica que C es “hijo” de A y B y que E es “hijo”
de C y D. Para el caso de A, B y D el atributo “padres” quedaría vacío, mientras
que para E el atributo que quedaría vacío seria el de “hijos”. Sólo en el caso de C
quedarían llenos los atributos “padres” (A y B) e “hijos” (E).
Figura 19. Relaciones padre-hijo en un procedimiento de abstracción.
C
A B
E
D
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4.4.2.2. RECUPERACIÓN DE CASOS
Como se mencionó en la sección 4.4.1, el usuario debe seleccionar una
Unit/Meta-unit y el nivel de abstracción (caso problema) para iniciar la
recuperación de casos. La recuperación consiste en obtener el máximo grado de
similitud del caso “problema” con los casos de la base de casos.
El problema que se presenta para obtener el grado de similitud es qué y cómo
comparar para determinar si un caso es similar a otro. Existen varias formulas que
calculan la similitud con base en la distancia cuantitativa con respecto a una
escala, la posición en una estructura jerárquica o por la comparación cualitativa
de definiciones (determinación de la similitud de valores tales como alto, medio,
bajo, etc.) [Avramenko y Kraslawski, 2003]. Para calcular la similitud se
implementó un “motor” de similitudes que evalúa una similitud global en función
de similitudes locales.
Para la similitud global se utiliza un método Euclidiano. Sean a y b casos, la
similitud global entre a y b está definida por la Ecuación 1.
[ ]∑=
=p
iiii basim
pba
1
2),(1 ),( Global Similitud Ec. (1)
Donde a y b son similitudes locales y p el número de similitudes locales
empleadas.
Las similitudes locales se calculan con base en cada una de los atributos de los
casos. En general, se emplean tres tipos de similitudes locales:
1.- Numérica (similitud cuantitativa). Esto es debido a que la mayoría de los
parámetros en ingeniería química son por naturaleza cuantitativos (por ejemplo,
temperatura, presión, composición, etc.). Sean a y b números, la similitud local
entre a y b esta dada por la Ecuación 2.
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rangeba −
−= 1b)(a, numérica Similitud Ec. (2)
Donde rango es el valor absoluto de la diferencia entre el límite superior e inferior
de posibles valores de a y b.
En el caso de la temperatura y la presión es difícil establecer un rango de posibles
valores, de modo que se han definido unos rangos en función de las condiciones
de operación sugeridas por Douglas [Douglas, 1988, pag. 120] y Turton [Turton et
al., 1998, pag. 207-231]. En la Tabla 6 se muestran estos rangos.
Tabla 6. Rangos de operación para temperatura y presión.
Rango Temperatura (ºC)
Presión (kPa)
Muy bajo Menor de -48 0 a 100 Bajo -48 a 25 100 a 400
Medio 25 a 150 400 a 800 Alto 150 a 250 800 a 1000
Muy alto Mayor de 250 Mayor de 1000
2. Simbólica. En general, una oración puede estar formada por un conjunto de
palabras o símbolos. El orden de los elementos es importante y pueden ser
considerados como una secuencia de símbolos (por ejemplo, objetivos, nivel
funcional, “rol” de la especie química, etc.). Sea a y b conjuntos de oraciones con
una semántica definida, la similitud local entre a y b esta dada por la Ecuación 3.
)()()(b)(a, simbólica Similitud
bamaxbacardbacar
∪∩−∪
= Ec. (3)
Donde “card“ es la cardinalidad (tamaño), “∪” es la unión y “∩” la intersección de
los conjuntos a y b.
3. Jerárquica (taxonómica). Cuando se abstraen (agrupan) las Units para formar
Meta-units se forma estructuras jerárquicas. Cada Meta-unit formada corresponde
a un nodo en la estructura jerárquica. La medida de similitud entre dos nodos se
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basa en la distancia respecto a un nodo común dentro del árbol jerárquico.
Mientras más cerca estén del nodo común dos nodos, mas similares serán entre
sí. Sean a y b árboles jerárquicos, la similitud entre a y b esta dada por la
Ecuación 4.
))(),((),((b)(a, Jerárquica Similitud
bhahminbanodocomunh
= Ec. (4)
Donde h es la altura (número de niveles) del árbol, nodocomun es el nodo común
(si es que existe) y min es el valor mínimo.
Las similitudes locales se calculan en dos pasos. En el primero se obtienen las
similitudes numéricas y simbólicas del caso “problema” respecto de los casos de
la base de casos. En este primer paso destaca el uso del modelo funcional
(función de la Unit/Meta-unit, función de entrada, función de salida, etc.) y
teleológico (objetivo, variables de proceso involucradas, Units/Meta-units vecinas,
sus atributos, etc.). En este primer paso lo que se pretende es hacer una
búsqueda y recuperación de casos que tengan al menos la función del caso
“problema”, además de una intención u objetivos lo mas similar posible.
En el segundo paso, se calcula la similitud jerárquica. Esto es posible debido a
que cuando se crean Meta-units se generan niveles de abstracción y esto permite
formar árboles jerárquicos. Idealmente se debería recuperar una Meta-unit que
contuviera Units/Meta-units similares y con los mismos niveles de abstracción. Por
ejemplo, en la Figura 20 se representan 3 árboles jerárquicos que describen en el
último nivel de abstracción secciones de reacción. Cada nodo “hijo” tiene una letra
(R para reacción, S para separación, T para temperatura y P para presión) que
representa cual es la mayor jerarquía funcional al momento de abstraer a los dos
nodos “padres”. Si la opción (a) fuera el caso “problema” y (b) y (c) los casos
recuperados de la base de casos, la similitud entra (a) y (b) sería mayor que entre
(a) y (c). Esto es debido a que dos Meta-units son mas similares si tienen
estructuras (nodos y niveles) similares, además de si los nodos “hijos” tienen
nodos “padres” similares (nodos con la misma función).
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Figura 20. Representación de árboles jerárquicos para Meta-units de reacción.
De esta manera se calculan las similitudes locales entre el caso “problema” y los
de la base de casos para posteriormente calcular la similitud global. El motor de
similitudes recupera un grupo de casos similares al caso “problema” y los lista en
función de la mayor similitud global.
4.4.3. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN
La última etapa de la metodología es la evaluación de las alternativas generadas
(sección 3.4). Para realizar esta etapa el usuario debe seleccionar Units/Meta-
units de la etapa anterior para adaptarlas y evaluarlas al proceso en cuestión con
ayuda de un simulador. Como se mencionó en la sección 3.4, esta etapa requiere
de la ayuda de expertos en el diseño y retrofit de procesos debido que,
1. la evaluación y las decisiones de diseño/retrofit quedan supeditadas a sus
conocimientos y experiencia.
2. las alternativas generadas cuentan sólo con información en detalle del
modelo estructural, funcional y teleológico sin considerar el de
comportamiento.
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Para ayudar al usuario a resolver el problema de la falta del modelo de
comportamiento en las alternativas generadas y en adición al concepto de
similitud, se ha implementado un algoritmo que calcula el grado de adaptabilidad
de las alternativas al proceso. Este grado de adaptabilidad se obtiene
comparando los valores deseados contra los valores de las variables de proceso
de las Unit/Meta-unit “causa” y “consecuencia” de la alternativa. Cabe mencionar
que no siempre el vecino inmediato es considerado “causa” o “consecuencia”. Por
ejemplo, en la Figura 21 se puede decir que la Meta-unit MU-reacción es la
“causa” de la Meta-unit MU-separación puesto que es en MU-reacción donde se
generan las especies químicas a separar y no en la Meta-unit MU-temperatura, la
cual es considerada como un bloque de preparación para la separación (tal y
como lo sugiere Turton y col. [Turton et al., 1998] en la generación de diagramas
de bloques). En este mismo sentido, se pude decir que MU-separación es
“consecuencia” de MU-reacción, debido a que generalmente las especies
químicas generadas durante la reacción son separadas y purificadas antes de
abandonar el proceso.
Figura 21. Identificación de Meta-units “causa” y “consecuencia”
Finalmente solo queda comentar que esta etapa de evaluación no ha podido ser
implementada de forma semiautomática debido principalmente a la dificultad de
exportar la información generada a algún simulador comercial o académico. Sin
embargo,cabe mencionar que uno de los objetivos de la presente investigación es
el desarrollo de herramientas que ayuden al ingeniero a entender un proceso y a
facilitarle algunas tareas del retrofit.
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4.5. RESUMEN
En este capítulo se presentó el diseño y desarrollo de un sistema basado en el
conocimiento (SBC) que implementa la metodología de retrofit descrita en el
Capítulo 3. El SBC esta apoyado en una ontología que permite el uso de un
lenguaje común y está formado por los siguientes prototipos informáticos:
1. ETSEQ-Code creator, el cual permite generar código informático para
programar funciones específicas de extracción de información de ficheros de
Hysys.Plant™.
2. HEAD, el cual realiza la extracción de información de diagramas de flujo de
proceso simulados en Hysys.Plant™. Posterior a la extracción de información
se realiza un análisis que permite la generación de los modelos estructural
(topología) y de comportamiento de los equipos y dispositivos.
3. AHA!, el cual analiza y representa la información proporcionada por HEAD
para generar el modelo funcional y teleológico de los equipos y dispositivos.
Uno de los objetivos de AHA! es la generación de niveles de abstracción con
base a unas reglas de agrupamiento y una jerarquía funcional. Los niveles de
abstracción permiten al usuario comprender e identificar las secciones de
proceso susceptibles de cambios o mejoras.
4. RETRO, el cual realiza una búsqueda de secciones susceptibles de mejora
con base en información proporcionada por el usuario y unos criterios
funcionales. Posteriormente genera y evalúa alternativas de solución mediante
un sistema de razonamiento basado en casos.
Cabe mencionar la colaboración del Ing. Iván López Arévalo y la Dra. Arantaza
Aldea, miembros del grupo de Investigación en Inteligencia Artificial Banzai del
Departamento de Ingeniería Informática y Matemáticas de la Universitat Rovira i
Virgili para la programación de los prototipos AHA! y RETRO.
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Capítulo 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este capítulo se presentan los resultados de la aplicación a procesos químicos
de los prototipos desarrollados y descritos en el capítulo anterior. El capítulo está
dividido en cuatro secciones. En la primera sección se describen los casos de
estudio, haciendo especial énfasis en el proceso de producción de amoniaco y en
el de producción de acetona. En la segunda se presenta la aplicación de HEAD
para la extracción de la información de los procesos mencionados anteriormente.
En la tercera se presenta la aplicación de AHA! para generar niveles de
abstracción e identificación de secciones de proceso. Finalmente, en la cuarta
sección se presentan los resultados de RETRO para la generación de alternativas
de solución.
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5.1. CASOS DE ESTUDIO
Como se mencionó en la sección 4.4.2.1., se logró reunir información de 50
procesos químicos para poblar la base de casos del sistema CBR. En la Tabla 7
se presenta un resumen de las propiedades de los 50 procesos y en las
secciones 5.1.1 y 5.1.2 se da más detalle de los dos procesos utilizados como
casos de estudio. La mayoría de los procesos son para la producción de
compuestos orgánicos y algunos otros sólo para su separación. El total de
equipos o dispositivos que forman estos 50 procesos es de 795. Con la aplicación
de HEAD y AHA! a todos los procesos se lograron generar 1590 casos para la
base de casos.
5.1.1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AMONIACO
El amoniaco a temperatura y presión estándares es un gas incoloro con un olor
característico. Sus principales usos son en la producción de fertilizantes,
explosivos y polímeros. El amoníaco se puede utilizar directamente como
fertilizante formando una solución con el agua de riego. Es también utilizado como
refrigerante puesto que se puede licuar fácilmente a bajas presiones y no genera
daños de efecto invernadero [ATSDR, 2004]. Debido su gran uso, el amoniaco es
uno de los compuesto inorgánicos mas producidos. Antes de la primera guerra
mundial se producía por destilación de productos vegetales y animales. Hoy en
día el método mas importante de producción es el proceso Haber [Clark, 2002].
En este proceso, el nitrógeno e hidrógeno gaseosos se combinan directamente
sobre un catalizador de hierro a altas presiones y temperaturas para producir el
amoniaco.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH = -92 kJ/mol Ec. (5)
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En la Figura 22 se presenta el diagrama de flujo de proceso (obtenido de la base
de casos de Hysys™) para la producción de 600,000 toneladas al año de
amoniaco. En éste proceso, una corriente de Hidrógeno/Nitrógeno (corriente de
materia 5) se alimenta a tres reactores catalíticos (PFR-100,101,102) en serie. En
los reactores se lleva a cabo una reacción de síntesis entre el H2 y N2 para
producir amoniaco (NH3) @ 393.2 ºC y 1.5e+4 kPa. El producto (NH3) de la
reacción se alimenta a la sección de separación (V-100,101) para obtener una
corriente de producto con un 95%mol de amoniaco. En el proceso se utilizan dos
cambiadores de calor (E-102,104) para intercambio de energía entre corrientes de
proceso, dos enfriadores (E-101,103) para lograr condiciones de flash y un
compresor (K-100) entre los separadores V-100 y V-101. Los gases que no
reaccionan son reciclados (corriente de materia 22).
Figura 22. Proceso de producción de amoniaco simulado en Hysys.Plant™.
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5.1.2. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ACETONA
La acetona es un líquido incoloro, de sabor picante y de olor dulce y penetrante.
Se evapora fácilmente, es inflamable y es soluble en agua, etanol, éter, etc.
También se le conoce como dimetil-cetona, 2-propanona y beta-cetopropano. La
acetona se usa en la fabricación de plásticos, fibras, medicamentos y otros
productos químicos tales como metacrilato de metilo, isopropanol, diacetona
alcohol, etc. Es un excelente solvente para los aceites, tanto naturales como
sintéticos, resinas, gomas, ceras, pinturas y barnices; por esta propiedad, es
recomendada para la producción de agentes de recubrimiento, tintas de imprenta
y adhesivos. La acetona es un sub-producto en la producción de fenoles a partir
de la alquilación de benceno. Otra forma de producir acetona es utilizando como
materia prima el alcohol isopropílico (Isoproyl alcohol, IPA) [Turton et. al., 1998].
La acetona producida de esta manera es la que se emplea generalmente en la
industria farmacéutica debido a que no contiene trazas de compuestos
aromáticos. La reacción es la siguiente:
(CH3)2CHOH (CH3)2CHO + H2 ΔH = 62.9 kJ/mol Ec. (6)
En la Figura 23 se presenta el DFP para la producción de acetona a partir del IPA.
En éste proceso, una corriente de IPA/agua (corriente de materia IPA) se alimenta
a un reactor catalítico (PFR-100). En el reactor se lleva a cabo la
deshidrogenación del IPA para producir acetona ((CH3)2CHO) @ 234 ºC y 216
kPa. El producto de la reacción (acetona e hidrógeno) se alimentan a la sección
de separación para obtener una corriente de acetona con un 99% de pureza. La
sección de separación esta compuesta de un flash (V-101) que separa la fase
gaseosa compuesta principalmente de hidrógeno (subproducto). La fase gaseosa
del flash se alimenta a un absorbedor (T-100) donde se separa la acetona del
hidrógeno con ayuda de agua (solvente). La fase gaseosa del absorbedor se
elimina del proceso y la fase líquida se une con la corriente líquida del flash para
alimentar a la primer columna de destilación (T-101). En esta columna es donde
se separa la acetona del agua con una pureza del 99%. Los fondos de esta
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primera columna se envían a la segunda columna (T-102) para separar el agua
del IPA. El agua sale del proceso como residuo y el IPA recuperado se recicla.
Figura 23. Proceso de producción de acetona simulado en Hysys.Plant™.
5.2. HEAD
Tal y como se describe en el Capítulo 3, la primer etapa de la metodología de
retrofit es la extracción de información del proceso. En la Figura 24 y 25 se
muestra la interfaz de HEAD y los datos obtenidos para el proceso de amoniaco y
el de acetona respectivamente. En las Figuras 24(a) y 25(a) se muestran los
datos extraídos que sirven de base para la generación de los modelos
estructurales. Esta información es congruente con la especificada en la Tabla 2
para los equipos y dispositivos de proceso. En las Figuras 24(b) y 25(b) se
encuentra la información del modelo funcional de los equipos y dispositivos, la
cual se infiere con ayuda de balances de materia y energía (modelo de
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comportamiento) y la jerarquía de funciones descrita en la Tabla 3. En las Figuras
24(b) y 25(b), la primer columna de datos corresponde al nombre del equipo o
dispositivo, la segunda a la función general, la tercera a la función específica, la
cuarta al tipo de equipo y la quinta al nombre del objeto en Hysys.Plant™. Toda
esta información se guarda en un fichero para su posterior tratamiento en AHA!.
(a)
(b)
Figura 24. Extracción de información del proceso de amoniaco.
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(a)
(b)
Figura 25. Extracción de información del proceso de acetona.
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5.3. AHA!
Con la información extraída por HEAD, AHA! realiza un análisis y representación
de los equipos y dispositivos de procesos para generar niveles de abstracción. En
la Figura 26 se muestra la interfaz de AHA! y la representación inicial (nivel de
abstracción 0) del diagrama de flujo del proceso de amoniaco. Esta
representación contiene los mismos equipos y dispositivos de proceso que se
muestran en la Figura 22. La interfaz de AHA! consta de 3 ventanas:
1. Ventana superior derecha. En esta zona se representa el DFP para su
manipulación.
2. Ventana superior izquierda. En esta zona se representa el árbol de los
niveles de abstracción.
3. Ventana inferior. En esta zona se presentan descripciones e información
sobre el DFP.
Figura 26. Representación inicial del proceso de amoniaco en AHA!.
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Las funciones mas relevantes de AHA! se muestran a continuación:
5.3.1. GENERACIÓN DE NIVELES DE ABSTRACCIÓN
Como se mencionó en la sección 3.2.1, el usuario debe especificar los “roles” de
las sustancias dentro del proceso. Los roles pueden ser:
• Reactivo (Reactant). Sustancia(s) que se transforma(n) mediante una
reacción química en otra(s) en el proceso.
• Materia Prima (RawMaterial). Sustancias que entran a un proceso en
donde no hay reacción química.
• Producto Principal (MainProduct). Es la sustancia que se desea producir
mediante una reacción química o mediante la separación o purificación
del resto en caso de que no haya reacción química.
• Subproducto (ByProduct). Son las sustancias que se producen además
del producto principal en una reacción química o son aquellas de las
cuales se desea separar el producto principal.
• Residuo (Waste). Sustancias no deseadas y/o con bajo valor comercial
que deben ser tratadas antes de depositarlas/descargarlas al medio
ambiente.
• Solvente (Solvent). Sustancia capaz de disolver a otra sustancia utilizando
la propiedad de solubilidad.
• Catalizador (Catalyst). Sustancia que activa o desactiva una reacción
química.
• Inerte (Inert). Sustancia que a lo largo del proceso no sufre ningún cambio
físico-químico.
• Impureza (Impurity). Sustancia no deseada (mezclada con los reactivos,
materia prima o producto principal).
En la Figura 27 se presenta la asignación de roles para las sustancias presentes
en el proceso de amoniaco.
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Figura 27. Asignación de “roles” en el proceso de amoniaco.
Una vez que el usuario asigna los roles a las sustancias, AHA! infiere con base en
balances de materia y el modelo estructural un “rol” para las corrientes de
proceso. Este “rol” permite al usuario identificar el camino o ruta por donde pasan
las sustancias en el proceso. En la Figura 28 se muestra la asignación de roles de
las corrientes de proceso que realiza AHA! en el proceso de amoniaco.
Figura 28. Asignación de roles de las corrientes en el proceso de amoniaco.
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A medida que se generan los niveles de abstracción el usuario puede navegar en
ellos y manipularlos. En cada nivel de abstracción se registra un historial; de esta
manera el usuario puede saber la relación existente entre cada una de las
Units/Meta-units del nivel actual con las Units/Meta-units del nivel inferior o
superior. De esta manera el usuario puede conocer los posibles pasos que se
siguieron durante el diseño del proceso. En cada nivel de abstracción es posible
obtener la información de cualquiera de las Units/Meta-units o corrientes del DFP
representado. El usuario puede guardar su trabajo en cualquier momento y cerrar
la aplicación para posteriormente recuperarlo en el estado en que lo había dejado
sin necesidad de iniciar desde el nivel de abstracción más bajo.
La nomenclatura para nombrar a las Meta-units es MUX-Y-función, donde MU es
la abreviación de Meta-unit, X es el número de la Meta-unit, Y es el nivel de
abstracción en donde se ha generado y función es la función general con mayor
jerarquía de la Unit/Meta-unit.
En la Figura 29 se muestra el nivel de abstracción 1 para el proceso de amoniaco.
En este nivel han sido incorporadas las Units de “Cambio de Flujo“ (mezcladores
y divisores) por parte de las de mayor jerarquía (Reacción, Separación y Cambio
de Temperatura). Las Meta-units resultantes se muestran en la Tabla 8.
Figura 29. Nivel 1 de abstracción para el proceso de amoniaco.
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Tabla 8. Meta-units generadas en el nivel 1 de abstracción del proceso de
amoniaco.
Units/Meta-units que se agrupan: Meta-unit
Jerarquía mayor Jerarquía menor
MU1-1-reaction PFR-101 MIX-100
MU2-1-reaction PFR-102 MIX-101
MU3-1-temperature_change E-104 MIX-102
MU4-1-separation V-100 TEE-101
MU5-1-temperature_change E-102 TEE-100
Aunque la Meta-unit MU1-1-reaction contiene información del reactor PFR-101 y
del mezclador MIX-100, ésta Meta-unit representa de forma conceptual (en el
nivel de abstracción 1) una sección de reacción que tiene 2 entradas y 1 salida.
Para realizar esta abstracción, AHA! analiza la información del MIX-100 y
determina o infiere que:
1. El MIX-100 es una Unit que pertenece a la clase Flujo (ver Tabla 3).
2. El MIX-100 tiene como función general “cambio de flujo” (modelo
funcional).
3. El MIX-100 pertenece a las Units/Meta-units con menor jerarquía
funcional en este nivel (ver Tabla 3) y por ende es candidato a ser
incorporado a otra Unit.
4. El MIX-100 tiene dos Units de entrada (PFR-100 y VLV-100) conectados
mediante las corrientes de proceso 4 y 26 y una Unit de salida (PFR-101)
conectada mediante la corriente de proceso 8 (modelo estructural).
5. El MIX-100 debe agruparse al equipo que esté conectado a la salida
(Anexo 4, sección 5) y heredar a la Meta-unit el número y nombres de las
corrientes de proceso.
6. Puesto que MIX-100 se agrupa al reactor PFR-101, la Meta-unit generada
hereda la función general “Reacción”.
Este análisis se realiza para cada una de las Units o Meta-units presentes en
cada nivel de abstracción hasta llegar al último nivel o “caja negra”.
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En la Figura 30 se muestra el nivel de abstracción 2 del proceso de producción de
amoniaco. En este nivel ya se han agrupado las Units correspondientes a Cambio
de Presión (válvulas y compresores). Las Meta-units resultantes se muestran en
la Tabla 9.
Figura 30. Nivel 2 de abstracción para el proceso de amoniaco.
Tabla 9. Meta-units en el nivel 2 de abstracción del proceso de amoniaco.
Units/Meta-units que se agrupan: Meta-unit
Jerarquía mayor Jerarquía menor
MU6-2-reaction MU1-1-reaction VLV-100
MU7-2-reaction MU2-1-reaction VLV-101
MU8-2-separation MU4-1-separation VLV-102
MU9-2-temperature_change MU5-1-temperature_change K-100
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En la Figura 31 se muestra el nivel de abstracción 3. En este nivel ya se han
agrupado las Units correspondientes a Cambio de Temperatura (enfriadores y
cambiador de calor). Las Meta-units resultantes se muestran en la Tabla 10.
Figura 31. Nivel 3 de abstracción para el proceso de amoniaco.
Tabla 10. Meta-units en el nivel 3 de abstracción del proceso de amoniaco.
Units/Meta-units que se agrupan: Meta-unit
Jerarquía mayor Jerarquía menor
MU12-3-separation MU8-2-separation E-101
MU14-3-separation V-101 E-103
MU15-3-reaction PFR-100 MU3-1-temperature_change
MU16-3-reaction MU6-2-reaction MU9-2-temperature_change
MU17-3-reaction MU6-2-reaction MU10-2-temperature_change
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En el nivel de abstracción 4 (ver Figura 32) se agrupan entre sí las Meta-units de
separación (MU12-3-separation, MU14-3-separation) para formar una sola Meta-
unit de separación (MU18-4-separation). En el nivel de abstracción 5 (ver Figura
33) se agrupan entre sí las Meta-units de reacción (MU15-3-reaction, MU16-3-
reaction, MU17-3-reaction) para formar una sola Meta-unit de reacción (MU20-5-
reaction). Finalmente, en el nivel de abstracción 6 (ver Figura 34) la Meta-unit de
reacción (MU20-5-reaction) agrupa a la Meta-unit de separación (MU18-4-
separation) para generar la “caja negra” con entradas y salidas. Este es el nivel de
abstracción más alto que se puede alcanzar en el proceso de amoniaco aplicando
en orden inverso de la metodología de Douglas. Este nivel contiene de entrada
una corriente de materia (5) y una corriente de energía (Q-100) y de salida tres
corrientes de materia (14, 21, 28) y dos corrientes de energía (Q-101, Q-102).
Figura 32. Nivel 4 de abstracción para el proceso de amoniaco.
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Figura 33. Nivel 5 de abstracción para el proceso de amoniaco.
Figura 34. Nivel 6 de abstracción para el proceso de amoniaco.
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En las Figuras 35 a 40 se muestran los 5 niveles de abstracción que se generan
para el proceso de producción de acetona y en la Tabla 11 se presentan las Meta-
units resultantes.
Figura 35 Nivel 0 de abstracción del proceso de producción de acetona.
Figura 36 Nivel 1 de abstracción del proceso de producción de acetona.
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Figura 37 Nivel 2 de abstracción del proceso de producción de acetona.
Figura 38. Nivel 3 de abstracción del proceso de producción de acetona.
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Figura 39. Nivel 4 de abstracción del proceso de producción de acetona.
Figura 40. Nivel 5 de abstracción del proceso de producción de acetona.
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Tabla 11. Meta-units generadas en los 5 niveles de abstracción del proceso de
acetona.
Units/Meta-units que se agrupan: Meta-unit
Jerarquía mayor Jerarquía menor
MU1-1-separation V-100 MIX-100
MU2-1-separation T-101 MIX-101
MU3-2-temperature_change P-100 E-100
MU4-3-separation V-101 E-101
MU5-3-separation T-102 E-102
MU6-3-reaction PFR-100 MU3-2-temperature_change
MU7-4-separation MU4-3-separation T-100
MU8-4-separation MU7-4-separation MU2-1-separation
MU9-4-separation MU5-3-separation MU8-4-separation
MU10-4-reaction MU6-3-reaction MU1-1-separation
MU11-5-reaction MU10-4-reaction MU9-4-separation
5.3.2. INFORMACIÓN DE UNITS O META-UNITS
En cualquier momento es posible obtener información de las Units o Meta-units
del proceso. Se cuenta con las siguientes formas de acceso:
1. Botón derecho del ratón. Se debe colocar el ratón sobre la Unit/Meta-unit de
la cual se desee conocer información y oprimir el botón derecho. La información
que se despliega es información resumida del modelo estructural: nombre de la
Unit/Meta-unit, Units/Meta-units y sus correspondientes corrientes de proceso de
entrada y de salida. En la Figura 41 se muestran varias ventanas generadas
mediante esta funcionalidad.
2. Selección en el árbol de abstracción. En la ventana superior izquierda se
encuentra el árbol de los niveles de abstracción. En este árbol se despliegan las
Units/Meta-units presentes según el nivel de abstracción con base en su función
específica definida en la Tabla 3. Si se desea saber que Units/Meta-units de una
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determinada función específica se encuentran presentes en un nivel, basta con
colocar el ratón sobre la función en particular y presionar el botón izquierdo del
ratón. De la misma manera, si se desea saber mas detalle de una Units/Meta-
units en particular, basta con seleccionarla y presionar el botón izquierdo del ratón
para obtener la misma información que en el punto 1. En la Figura 41 se muestra
como se puede generar la información con esta funcionalidad. En ambos casos, la
información generada se despliega en la ventana inferior. Si se desea guardar la
información que se despliega en esta ventana, se debe seleccionar “Save
displayed massage to file” del menú “Tools” y posteriormente dar el nombre al
fichero con extensión “*.txt” o “*.dat”. En ambos casos el fichero que se genera
puede ser editado con cualquier procesador de texto.
Figura 41. Información del modelo estructural de una Unit/Meta-unit.
3. Desde el Menú “Tools → Information of Unit/Meta-unit”. Con esta opción desde
el menú de “Tools” se puede acceder a información detallada de las Units o Meta-
units. En la Figura 42(a) se muestra la primer ventana que aparece después de
haber seleccionado “Information of Unit/Meta-Unit” en donde se le pide al usuario
seleccione que tipo de Unit/Meta-unit quiere recuperar con base en su función
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general (Flow, Pressure, Temperature, Separation, Reaction). Una vez
seleccionada la función general y pulsando el botón “Ok”, aparece una segunda
ventana con una lista de todas las Unit/Meta-unit presentes (ver Figura 42(b)).
Después de seleccionar la Unit-Meta-unit y pulsar sobre el botón de “Ok” aparece
la ventana que se muestra en la Figura 42(c), en la que se despliega la
información disponible para el flash V-101.
Figura 42. Información detallada de una Unit/Meta-unit.
(a) (b)
(c)
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Esta ventana (Figura 42(c)) esta dividida en 5 secciones principales. En la primera
se muestra información general de la Unit/Meta-unit (Name, Type, etc.). En la
segunda, las Unit/Meta-unit que están conectadas a la entrada (Inlet Unit) y salida
(Outlet Unit). En la tercera se presenta información adicional (si es que aplica). En
la cuarta se muestran algunas de las propiedades de las corrientes de proceso
involucradas (Name, Vapour Fraction, Temperature, etc.) y finalmente en la quinta
las concentraciones de las sustancias presentes en las corrientes de proceso. En
esta misma ventana se cuenta con dos botones adicionales. El primero de ellos,
denominado “Teleology”, permite al usuario obtener una descripción a diferentes
niveles detallados del modelo teleológico de la Unit/Meta-unit (ver ejemplo para el
flash V-101 en la Figura 43). El segundo botón denominado “CBR module” inicia
el sistema CBR (la funcionalidad de este botón se explica con detalle en la
sección 5.4.).
Figura 43. Modelo teleológico del flash V-101 del proceso de amoniaco.
Cabe mencionar que el modelo teleológico de la Figura 43 se obtiene con ayuda
del sistema de reglas de producción descrito en el Anexo 3. Como se puede ver
en esta figura, el modelo teleológico esta dividido en tres niveles: el primer nivel
depende únicamente de la función general de la Unit/Meta-unit en cuestión, el
segundo además de la función general depende de los vecinos y sus funciones
generales y el tercero de sus propiedades y condiciones.
5.3.3. NAVEGACIÓN ENTRE NIVELES DE ABSTRACCIÓN
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Cuando ya se han generado varios o todos los niveles de abstracción, es posible
navegar a través de ellos para compararlos, hacer el seguimiento de la
generación de las Meta-units, conocer el historial de la abstracción, identificar
secciones del proceso, etc. Este historial se mantiene en la memoria del
ordenador hasta que es guardado en un fichero. Los ficheros donde se guarda la
información de AHA! deben tener la extensión “*.rto”. Una vez que los niveles de
abstracción son recuperados del fichero correspondiente, proporcionan al usuario
la misma funcionalidad que cuando fueron generados.
En la figura 44 se muestra el nivel 4 de abstracción del proceso de producción de
amoniaco. Como se puede ver, podemos navegar entre los niveles de abstracción
mediante: 1) la selección del nivel de abstracción que se desea (Abstraction Level
n) del menú Window, 2) la selección con el ratón de la ventana que contenga el
nivel deseado o 3) a selección con el ratón sobre el árbol de abstracción
(Abstraction levels) de la ventana superior izquierda. Esta funcionalidad le permite
al usuario visualizar el historial mediante el cual el proceso pudo ser diseñado
utilizando la metodología jerárquica de Douglas.
Figura 44. Navegación entre niveles de abstracción.
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5.3.4. IDENTIFICACIÓN DE SECCIONES DE PROCESO
Esta funcionalidad le permite al usuario identificar Meta-units dependiendo de su
función general: reacción, separación, cambio de temperatura, cambio de presión
o cambio de flujo. De esta manera se pueden clasificar las diferentes secciones
del proceso. En la Figura 45 se presenta el nivel 2 de abstracción con 3 tipos de
Meta-units claramente identificadas: reacción, separación y cambio de
temperatura.
Figura 45. Identificación de secciones de proceso.
Como se puede observar en la figura anterior, la sección de reacción en este nivel
de abstracción está formada por una Unit que no ha sido aún abstraída (PFR-100)
y dos Meta-units (MU6-2-reaction, MU7-2-reaction). Esto concuerda con la
descripción inicial del proceso, en el que se menciona que hay tres reactores en
serie. La sección de separación está formada por una Unit (V-100) y una Meta-
unit (MU8-2-separation). La MU8-2-separation hace un venteo de los productos
de la reacción para posteriormente enviarlos a la sección de acondicionamiento
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de temperatura-presión (MU9-2-temperature-change). En ésta sección de
acondicionamiento intercambian energía térmica las corriente provenientes de V-
101 y MU8-2-separation. Por último, la sección de cambio de temperatura está
formada por dos Units (E-101, E-103) y dos Meta-units (MU3-1-temperature-
change, MU9-2-temperature-change). Ambas Meta-units tienen como función
general el cambio de temperatura para lograr el acondicionamiento de las
corrientes alimentación a las secciones de reacción y separación. La diferencia
principal es que en la primera Meta-unit sólo hay un intercambio de energía entre
las corrientes de proceso 5 y 29 con 12, mientras que en la segunda además del
cambio de temperatura se debe tener en cuenta un incremento de la presión y
una división de flujo debido a que ha abstraído una Unit de presión (K-100) y una
de flujo (TEE-100).
5.4. RETRO
Una vez que se han analizado e identificado las secciones de proceso, así como
generado los niveles de abstracción con ayuda de AHA!, el usuario puede generar
alternativas de solución utilizando RETRO. Tal y como se mencionó en la sección
4.4., RETRO genera alternativas mediante la búsqueda de secciones susceptibles
de cambio y la recuperación de secciones de procesos. Para realizar la búsqueda
se apoya en información proporcionada por el usuario y los criterios funcionales
descritos en la sección 4.4.1. y para realizar la recuperación se apoya en un
sistema CBR. En las siguientes subsecciones se presenta la manera en que el
usuario puede buscar secciones susceptibles de cambio y generar alternativas de
solución.
5.4.1. CRITERIOS DE RETROFIT
El usuario tiene que seleccionar a partir de que nivel de abstracción le interesa
aplicar el retrofit. Una vez seleccionado el nivel de abstracción se tiene que pulsar
el icono de nuevos requerimientos ( New requirements) de AHA! para
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iniciar la búsqueda. En la ventana (Figura 46) que aparece después de pulsar el
icono se debe seleccionar alguna de las 4 variables de proceso que se presentan:
Flujo (Flow), Presión (Pressure), Temperatura (Temperature) ó Concentración
(Concentration). Estas variables de proceso tienen relación con los 5 criterios
funcionales (ver sección 4.4.1.) con los que el sistema de diagnóstico busca las
Units/Meta-units que los cumplen en el nivel de abstracción seleccionado.
Figura 46. Selección de criterios de búsqueda.
Cabe mencionar que si el usuario selecciona como variable de estudio
“Concentración”, el sistema adicionalmente pide al usuario que seleccione en una
nueva ventana (Figura 47) una sustancia de entre las presentes en el proceso.
Esta selección permite conocer en donde reacciona o se separa la sustancia en
los sistemas de reacción y/o separación respectivamente.
Figura 47. Selección de una sustancia con el criterio de “concentración” en el
proceso de Amoniaco.
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Como resultado del sistema de diagnóstico, se obtiene:
• Una lista de las Units/Meta-units las cuales pueden ser utilizadas como
punto de inicio para generar alternativas.
• Información en la ventana inferior de AHA! que muestra el detalle de las
Units/Meta-units encontradas que satisfacen el criterio seleccionado.
En la Figura 48 se muestra la lista de Units/Meta-units a partir del segundo nivel
de abstracción del proceso amoniaco cuando se selecciona como criterio de
búsqueda concentración y como sustancia de interés el amoniaco.
Figura 48. Lista de Units/Meta-units que satisfacen el criterio de concentración.
Como se puede ver en la Figura 48 el sistema recupera 2 Units (una de reacción y
una de separación) y 3 Meta-units (2 de reacción y 1 de separación) que
satisfacen el criterio de cambio de concentración por reacción o separación.
5.4.2. RECUPERACIÓN DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN
Con la lista de Units/Meta-units el usuario debe seleccionar una de ellas. En la
Tabla 12 se presenta un resumen de las propiedades de Units/Meta-units de
reacción que se recuperan: PFR-100, MU6-2-reaction y MU7-2-reaction. Como se
puede ver en ésta tabla, las condiciones de operación de las tres Unit/Meta-units
son muy similares, pero la conversión es muy diferente: 22.19%, 3.70E-02% y
2.07E-02% respectivamente. Bajo estas circunstancias, el usuario podría explorar
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mejoras en las conversiones de las 2 Meta-units. Si se selecciona la Meta-unit
MU6-2-reaction de la lista de la Figura 48, se despliega la ventana que se muestra
en la Figura 49 (esta ventana contiene la misma información que se comentó en
la Figura 42). En esta ventana hay un botón que dice “CBR module”, el cual se
debe pulsar para iniciar el sistema CBR. Una vez iniciado el sistema CBR aparece
la ventana que se muestra en la Figura 50, en la cual el usuario puede especificar
algunas propiedades del “caso problema” antes de que el sistema recupere los
casos mas similares al planteado.
Tabla 12. Meta-units sugeridas por el sistema de diagnóstico.
Units/Meta-units Concepto
PFR-100 MU6-2-reaction MU7-2-reaction
Temperatura ( ºC ) 393.2 393.2 393.1
Presión (kPa) 1.50E+04 1.49E+04 1.49E+04
Conversión (%) 22.19 3.70E-02 2.07E-02
Figura 49. Información de la Meta-unit MU6-2-reaction del proceso de amoniaco.
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Los parámetros que el usuario puede modificar antes de recuperar los casos mas
similares tanto para la Unit o Meta-unit seleccionada, como para las Units/Meta-
units de entrada y salida son:
• Prefer. Si desea o no que los casos a recuperar tengan el mismo valor
dado por la función del “caso problema”.
• Prefer value. El valor que se desea que tenga los casos recuperados.
• Importance. El peso o importancia que desea asignarle al valor elegido.
• Require. Si desea que el valor sea igual, menor, mayor, diferente, etc. del
que especifica en "Require value”.
• Operator. Es el operador lógico que permite fijar el igual, menor, mayor,
diferente, etc. del punto anterior.
• Require value. Es el valor que desea asignarle en caso de seleccionar la
casilla "Require".
Figura 50. Especificación del “caso problema” en el sistema CBR.
En la Figura 50, el usuario ha especificado que el sistema CBR debe buscar en la
base de casos un “tubular_reactor” con entradas conectando a 2 Units/Meta-units
con funcionalidad reacción (r) y presión (p), además de que a la salida debe de
haber una salida conectando a una Unit/Meta-unit con funcionalidad reacción (r).
Una vez definidas las propiedades del “caso problema” se debe pulsar el botón
con la leyenda “Get similar Units” para recuperar los casos similares. En este
paso el sistema CBR calcula la similitud global entre el “caso problema” y los
casos de la base de casos en función de tres similitudes locales: numérica,
simbólica y jerárquica (ver sección 4.4.2.2.). Como resultado de la etapa de
recuperación del sistema CBR, en la Figura 51 se muestra una lista con 15 casos
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ordenados de mayor a menor similitud. Cabe mencionar que si se tiene una
similitud local grande, no necesariamente significa que se vaya a tener una
similitud global alta. Como se puede ver en la Figura 51, los primeros tres casos
tienen una similitud con el “caso problema” de 56, 43 y 37 % respectivamente.
Estas similitudes resultan de la similitud de los modelos estructural (2 entradas y 1
salida), funcional (“reacción” como función general) y teleológico (transformación
de la materia). Un resumen de las propiedades de las tres primeras alternativas
se muestra en la Tabla 13.
Figura 51. Units/Meta-units recuperadas de la biblioteca de casos.
Tabla 13. Información general de las tres alternativas mas similares a la Meta-unit
MU-6-2-reaction del procesos de Amoniaco.
Units/Meta-units Concepto 1 2 3
Temperatura ( ºC ) 190 700 516
Presión (kPa) 9.97E+03 3.54E+03 2.65E+03
Reactivos (familia) CO, H2 (inorgánico)
Tolueno (alqueno), H2 (inorgánico)
Etileno (alquino), O2 (inorgánico)
Producto(s) Metanol Benceno, Metano Oxido de etileno
Conversión (%) 49.19 53.45 19.82
Tipo de reactor PFR PFR PFR
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5.4.3. ADAPTACIÓN DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN
Como se puede ver en la Tabla 13, la mayor similitud de las alternativa que se
recuperan de la base de casos es del 56%. Este resultado no parece muy
prometedor para la búsqueda de mejores conversiones para las Meta-units (MU6-
2-reaction y MU7-2-reaction). Para explorar nuevas alternativas y resolver este
problema se propone analizar los siguientes cuatro factores que afectan el
funcionamiento de un reactor químico [Turton et al., 1998]:
1) Cinética de la reacción y termodinámica. La influencia de las variables
intensivas (temperatura, presión y concentración) sobre el
funcionamiento de un reactor está definido en la cinética y equilibrio de la
reacción. Estas variables afectan la velocidad de reacción y determinan el
grado en el cual un reactivo se convierte en producto en un reactor ó el
tamaño del reactor para lograr una conversión determinada. La
termodinámica fija un límite teórico del grado de conversión de los
reactivos a productos; éste grado de conversión no puede ser modificado
por el uso de catalizadores.
2) Parámetros del reactor. Aquí están incluidos el volumen del reactor, el
tiempo de residencia (volumen del reactor/flujo volumétrico de entrada) y
la configuración del reactor. Se pueden tener dos problemas,
Problema de diseño, en el cual se calcula el volumen del reactor
para lograr una conversión determinada a partir de una cinética de
reacción, su termodinámica, el tiempo de residencia y una
configuración para el reactor y la transferencia de energía.
Problema de funcionamiento, en el cual se tiene el volumen del
reactor fijo y se desea evaluar los cambios que provocan en la
conversión la temperatura, presión, tiempo de residencia,
catalizador y la configuración del reactor y de la transferencia de
energía.
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3) Producción deseada. La conversión, selectividad y producción deseada
son términos que cuantifican la cantidad de reactivo que reacciona para
formar un producto. Generalmente, el funcionamiento de un reactor se
expresa en términos de éstos parámetros.
4) Transferencia de energía en el reactor. En una reacción química se puede
generar (reacción exotérmica) o consumir energía (reacción endotérmica).
La velocidad de reacción depende fuertemente de la temperatura. Un
punto importante a considerar es la interacción entre la cinética de la
reacción y la transferencia de energía. En las reacciones exotérmicas, la
energía generada por la reacción se debe remover eficientemente para
evitar incrementos de la temperatura que puedan dañar a los productos
deseados o al catalizador. En las endotérmicas, se debe adicionar
energía de forma tal que se lleve a cabo la reacción. La velocidad de la
transferencia de energía depende de la configuración del reactor
(incluyendo la configuración para la transferencia de energía), las
propiedades de las corrientes de proceso que portan a los reactivos, las
propiedades del medio de transferencia de energía y la temperatura a la
que se lleva a cabo la reacción.
Por lo que respecta a la cinética de la reacción y termodinámica se cuenta con la
siguiente información que se apoya en el principio de Le Chatelier [AUS-e-TUTE,
2005]:
Un aumento de la presión a volumen constante provoca que el equilibrio
de la reacción se desplace al lado derecho de la ecuación 5, resultando
un incremento en la producción de amoniaco. Este desplazamiento es
debido a que en la ecuación 5 hay mas moléculas del lado izquierdo (1 de
N2 y 3 de H2) que de lado derecho (2 de NH3) y eso provoca que el
sistema tienda a eliminar el efecto del incremento de la presión
reduciendo el número de moléculas presentes.
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Una disminución de la temperatura a volumen constante provoca que el
equilibrio se desplace al lado derecho de la ecuación 5 puesto que la
reacción es exotérmica, resultando un incremento en la producción de
amoniaco. La reducción de la temperatura hace que el sistema se ajuste
para minimizar el efecto del cambio, es decir, producirá mas calor puesto
que la energía es un producto de la reacción. Sin embargo, la velocidad
de reacción a temperaturas bajas en muy lento; se recomienda utilizar
temperaturas altas que permitan una adecuada velocidad de producción
con una buena producción de amoniaco.
Del análisis de los factores que afectan el funcionamiento de un reactor y la
información adicional con que se cuenta sugieren como primer paso proponer
alternativas de proceso modificando la temperatura y/o presión de los sistemas de
reacción para aumentar la conversión. Cabe mencionar que respecto al segundo
factor (parámetros del reactor) es claro que se tiene el problema de
funcionamiento, debido a que en los problemas de retrofit se desea utilizar al
máximo posible los equipos y dispositivos existentes. Con relación al tercer factor
(producción deseada) es justamente el que se desea explorar ya que las
conversiones en las Meta-units son muy bajas. Finalmente, el factor de
transferencia de calor tiene especial interés si se desea explorar cambios en la
temperatura y/o presión.
Para proponer nuevas alternativas en función de cambios en la temperatura se
puede utilizar el rango de 190 a 700 °C de las alternativas recuperadas (ver Tabla
13). En la Figura 52 se muestra el efecto de la temperatura y la presión sobre el
porcentaje de amoniaco producido mediante la síntesis de Haber-Bosch [CIEC,
2005].
Como se puede ver en la Figura 52, a temperaturas por encima de 400 ºC y 100
atmósferas de presión, el porcentaje de producción de amoniaco es menor del 20
%. Esto implica que el rango búsqueda de 400 a 700 ºC se elimine y sólo se haga
una búsqueda en el rango de 190 a 400 ºC.
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Figura 52. Efecto de la temperatura y presión sobre la producción de Amoniaco en
la síntesis de Haber-Bosch [CIEC, 2005].
Con ayuda de las Tablas 8 y 9, se obtienen los equipos y dispositivos que
constituyen la Meta-unit MU6-2-reaction. En este caso, es el reactor PFR-101, la
válvula VLV-100 y el mezclador MIX-100. Puesto que la reacción es exotérmica
se debe adicionar una corriente de energía que sea capaz de retirar el calor
generado por la reacción para poder tener las condiciones requeridas de
temperatura a la salida del reactor. Considerando que la temperatura de entrada
del reactor es constante (393 ºC) se modifica la temperatura de salida para
generar una gráfica de conversión vs. temperatura del reactor PFR-101, así como
de la energía de enfriamiento requerida. En la Figura 53 se muestran la curva de
conversión y consumo de energía contra temperatura de salida del reactor
obtenida con ayuda del simulador Hysys.Plant™.
Como se puede ver en la Figura 53, la conversión máxima que se puede obtener
es del 15% con una temperatura de salida del reactor de 300 ºC y un consumo
energético de 2.77e+08 kJ/h. El costo del uso adicional de energía de
enfriamiento sería del orden de 60 USD/h, calculado a partir de los datos
proporcionados en la Tabla 3.4, pag. 87 de Turton y col., [Turton y col., 1998]. El
incremento de la conversión y por ende en la producción de amoniaco seria del
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orden de 38 T/h. Este incremento en la producción de amoniaco podría
representar unos 5700 USD/h utilizando el dato del costo por tonelada de
amoniaco de 150 USD reportado por la Confederación de Cooperativas Agrarias
de España en su reporte de septiembre de 2004 [CCAE, 2004]
Figura 53. Efecto de la temperatura sobre la conversión en el reactor PRF-101.
Un segundo camino para proponer nuevas alternativas sería el “eliminar” del
proceso las dos Meta-units de la Tabla 12 debido a la baja conversión que
alcanzan. Esta nueva alternativa sería equivalente al nivel 5 de abstracción, en el
cual hay una sistema de reacción y un sistema de separación. En esta nueva
alternativa se propone que el sistema de reacción este formado únicamente por el
reactor PFR-100. Respecto a los dos sistema de separación con que se cuenta
(V-100 y V-101), se puede ver que el flujo másico de la fase líquida del separador
V-100 es cero. Esta situación permite “eliminar” el separador V-100 y proponer
que el sistema de separación este formado sólo por el separador V-101. Estos
cambios se ven reflejados en la Figura 54, en donde se ha simulado el proceso de
producción de amoniaco con ayuda del simulador Hysys.Plant™ eliminando los
reactores PFR-101, PFR-102 y el separador V-100.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
100 150 200 250 300 350 400
Temperatura (oC)
Con
vers
ión
(%)
0.00E+00
1.00E+08
2.00E+08
3.00E+08
4.00E+08
5.00E+08
6.00E+08
Ene
rgía
(kJ
/h)
Convers ión (% ) Consumo de energía (kJ/h)
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Figura 54. Simulación del nivel 5 de abstracción del proceso de Amoniaco.
El costo de operación de los equipos eliminados se puede calcular utilizando los
datos proporcionados en la Tabla 3.3, pag. 83 de Turton et al., [Turton et al.,
1998]. En la Tabla 14 se presentan los factores a utilizar para el cálculo del costo
de operación.
Tabla 14. Factores para estimar el costo de operación de equipos de proceso.
Tipo de Equipo Número de Equipos
Operadores por equipo(1)
Total operadores por equipo(1)
Reactores 2 0.5 1
Separadores 1 0.35 0.35
TOTAL 1.35
(1) Factores tomados de la Tabla 3.3, pag. 83 de Turton y col., [Turton y col., 1998]
Trabajadores para operación anual = (factor de disponibilidad)(Total operadores)
Factor de disponibilidad = 4.5 (pag. 84 de Turton et al. [Turton et al., 1998])
Trabajadores para operación anual = (4.5)(1.35) = 6.075 ≈ 6 trabajadores
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Costo de operación = (Trab. para operación anual)(Salario anual de operador)
Salario anual de operador = 46,800 USD/año (pag. 84 de Turton et al. [Turton et
al., 1998]. Este salario fue calculado con la media de los salarios de los
operadores de plantas químicas en EEUU a mediados de 1996).
Costo de operación = (6)(46,800) = 280,800 USD/año
Esto implica un ahorro de 280,000 dólares americanos al año si se realizan los
cambios sugeridos de eliminación de equipos del procesos.
Con estos dos ejemplos de adaptación y evaluación de alternativas de solución
queda de manifiesto que esta etapa de la metodología del retrofit de procesos
depende fuertemente de la experiencia y conocimientos de diseñador, tal y como
se mencionó en la sección 3.4. El diseñador es el responsable y quien debe tomar
las decisiones sobre los cambios que se necesiten hacer en el proceso para
satisfacer los nuevos requerimientos.
5.5. DISCUSION DE RESULTADOS
En este apartado se presenta un análisis y discusión de los resultados obtenidos.
Para facilitar esta tarea se hace una división en dos partes: desarrollo y
aplicación.
En términos de la fase desarrollo como se puede ver en el Capítulo 3, las cuatro
etapas planteadas han sido cubiertas en su totalidad. Es claro que hace falta
complementar algunos apartados de HEAD, AHA! y RETRO. En lo que respecta a
HEAD es deseable mejorar la interfaz de usuario así como su capacidad de
extraer información de otras plataformas de simuladores comerciales. En relación
a AHA! es necesario implementar el modelo de comportamiento en todos los
niveles de abstracción, el motor de inferencia y la interfaz de usuario y mejorar la
parte gráfica de la interfaz. Por lo que respecta a RETRO se debería incrementar
el número de casos del sistema CBR, así como implementar un sistema de ayuda
a la toma de decisiones para diseñadores con poca experiencia.
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Por lo que respecta a la aplicación de HEAD es claro que su desempeño en la
extracción de información es adecuado debido a que cumple todas y cada una de
las especificaciones descritas en la sección 3.1. Esto permite que HEAD exporte
la información de manera completa y en el formato adecuado para su posterior
uso en AHA!.
En lo que corresponde a la aplicación de AHA! y con base en lo especificado en la
sección 3.2 para su funcionamiento y lo que se puede ver de la sección 5.3. su
desempeño es satisfactorio debido a las siguientes razones:
• Importa los ficheros generados con HEAD sin ningún problema.
• Hace el análisis de la información proporcionada por HEAD para su
posterior representación en los modelos de conocimiento (estructural, de
comportamiento, funcional y teleológico) con los que cuenta.
• Hace la representación del proceso real (nivel 0 de abstracción).
• Genera los diferentes niveles de abstracción de un proceso con base en
información proporcionada por el usuario, unas reglas de agrupación
(Anexo 4) y una jerarquía de precendencia.
• Genera con ayuda del modelo teleológico una posible explicación de la
razón por la cual se ha puesto una determinada Unit o Meta-unit en el
proceso.
• Le proporciona la capacidad al usuario de,
obtener información en cualquier nivel de abstracción de las Units o
Meta-units presentes.
navegar entre los diferentes niveles de abstracción.
identificar secciones de proceso con base a su función general.
guardar toda la información generada para su análisis posterior.
Cabe destacar que dos de las razones expuestas anteriormente, específicamente
la generación de niveles de abstracción y la identificación de secciones de
proceso son dos herramientas básicas e importantes para la aplicación del retrofit
de procesos.
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Finalmente, por lo que respecta a la aplicación de RETRO se puede decir que
cumple con las especificaciones descritas en la sección 3.3., tal y como queda
demostrado en la sección 5.4. El sistema CBR que lo forma permite realizar una
búsqueda y recuperación de casos con base en la similitud global descrita en la
sección 4.4.2.2. Los casos recuperados y la información que proporciona ayuda al
diseñador en la búsqueda de alternativas para su posterior evaluación.
Es evidente la necesidad de mejorar el sistema CBR para que éste pueda
proporcionar alternativas que requieran menor esfuerzo por parte del diseñador
en la etapa de adaptación. Para cumplir este objetivo se requiere:
Aumentar el número de casos de la base de casos de tal manera que el
sistema CBR cuente con el mayor conocimiento posible.
Implementar el modelo de comportamiento de las Units y Meta-units en
todos los niveles de abstracción para que el usuario pueda realizar
pruebas en línea y no tener que depender de herramientas de simulación.
Diseñar e implementar un sistema de ayuda a la toma de decisiones en la
etapa de adaptación.
El primer punto es una actividad que requiere de una ayuda y colaboración muy
importante por parte de la industria para proporcionar información de sus
procesos. En este caso se podrían establecer convenios de colaboración con las
industrias para que faciliten información y reciban a cambio asesoría en la
investigación de mejoras de sus procesos. El segundo y el tercer punto podrían
ser un trabajo de investigación futuro que de continuidad a la investigación
realizada.
Con estas herramientas informáticas se facilitará al usuario la aplicación del
retrofit de procesos disminuyendo el tiempo de representación, análisis y
búsqueda de las alternativas de proceso que sean potencialmente atractivas
técnica y económicamente.
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5.6. RESUMEN
En este capítulo se presentó la aplicación de los prototipos informáticos que
forman parte de un sistema basado en conocimientos y que implementan la
metodología de retrofit propuesta en el capítulo 3.
En la sección 5.1. se describen los casos de estudio, haciendo especial énfasis en
el proceso de producción de amoniaco y el de acetona. En la sección 5.2. se
muestra como HEAD realiza la extracción de información de los dos procesos
mencionados anteriormente, los cuales han sido simulados en Hysys.Plant™. La
información extraída por HEAD es guardada y enviada para su posterior análisis
en AHA! (sección 5.3.).
AHA! analiza la información para representar los equipos y dispositivos (Units) de
procesos usando modelos múltiples. Como se puede ver en esta sección, AHA!
genera niveles de abstracción que permiten identificar secciones de proceso.
Cabe mencionar que AHA! permite al usuario ver información específica y
detallada de todas las Units y Meta-units en cualquier nivel de abstracción.
En la sección 5.4 se muestra como RETRO ayuda a la búsqueda y recuperación
de alternativas de solución con base en información del usuario, criterios
funcionales y un sistema de razonamiento basado en casos. En esta sección se
pueden ver dos alternativas que mejoran económicamente al proceso de
producción de amoniaco inicialmente descrito en la sección 5.1. Cabe mencionar
que la etapa de adaptación y evaluación depende fuertemente de la experiencia y
conocimientos del diseñador, debido a que él debe tomar las decisiones de cuales
son las modificaciones que se deben realizar al proceso real para satisfacer los
nuevos requerimientos.
Finalmente en la sección 5.5 se presenta una discusión de los resultados
obtenidos. Como se menciona en esta sección, los prototipos funcionan
adecuadamente según se diseñaron y especificaron, pero es evidente que se
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requiere invertir mas tiempo en el desarrollo y mejora de los mismos. Destacan
las mejoras al sistema de razonamiento basado en casos y la implementación de
un sistema de toma de decisiones para la etapa de adaptación de alternativas de
solución.
En el siguiente y último capítulo se presentan las conclusiones, contribuciones y
trabajos futuros de la presente investigación.
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Capítulo 6. CONCLUSIONES, CONTRIBUCIONES Y TRABAJOS FUTUROS
Como resultado del planteamiento, desarrollo e implementacion de la metodología
de retrofit de procesos químicos, así como de su aplicación, el presente capítulo
esta dividido en tres secciones. En la primera se presentan las conclusiones
derivadas del trabajo realizado, en la segunda se hace mención de las
contribuciones generadas en el área de ingeniería química y en la última se dan
algunas posibles líneas de investigación futuras.
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En la investigación que realizó Gundersen [Gundersen, 1990] sobre la aplicación
de los métodos sistemáticos en el retrofit de procesos químicos resalta la
necesidad e importancia del retrofit. Las conclusiones principales de Gundersen
fueron:
1) la mayoría de los proyectos en la industria de procesos eran proyectos de
retrofit (cerca del 70%)
2) algunos métodos sistemáticos para el retrofit de procesos se basaban en
los mismos métodos que los que se emplean en el diseño.
Ambas conclusiones fueron recientemente confirmadas por Westerberg
[Westerberg, 2004] al comentar por un lado que en las últimas dos décadas los
proyectos en la industria han sido mayoritariamente proyectos de retrofit y por otro
que los métodos de diseño son aplicables a problemas de retrofit. Westerberg
hace especial mención de que la solución de los problemas de retrofit es mas
compleja que en los problemas de diseño. Esta consideración es por el hecho de
que en los problemas de retrofit además de tener las soluciones proporcionadas
por las metodologías de diseño se debe considerar cuales de los equipos y
dispositivos existentes se deben sustituir o reutilizar.
Tanto Gundersen como Westerberg ponen en evidencia la importancia y
necesidad del desarrollo de metodologías de retrofit de procesos que permitan
disminuir o manejar la complejidad de su aplicación.
6.1. CONCLUSIONES
En este documento se presenta una metodología para el retrofit de procesos
químicos basada en una representación jerárquica. La metodología propuesta
está formada por las siguientes cuatro etapas generales, las cuales satisfacen los
objetivos planteados en la sección 1.2:
1) Extracción de la información.
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2) Análisis y representación de la información.
3) Generación de alternativas de solución.
4) Evaluación de alternativas.
La metodología esta fundamentada en:
La aplicación inversa del procedimiento de diseño jerárquico de Douglas
[Douglas, 1988].
La representación de procesos mediante diagramas de bloques genéricos
de Turton [Turton y col., 1998].
La estructura básica de los sistemas basados en conocimientos (base de
conocimiento, motor de inferencia e interfaz de usuario) [Han y col., 1996]
La metodología que se plantea para el retrofit de proceso integra conocimientos
relacionados con el retrofit, diseño, síntesis y análisis de procesos, los cuales se
aplicaron al diseño e implementación de herramientas informáticas de apoyo al
retrofit de procesos. Además de los conocimientos de ingeniería química antes
mencionados, se incorporaron conocimientos del área de ingeniería informática
para desarrollar un sistema basado en conocimientos utilizando algoritmos
computacionales de comunicación, visualización y técnicas de inteligencia
artificial.
La metodología se implementó en un Sistema Basado en Conocimientos (SBC).
El SBC está formado por tres prototipos informáticos y una ontología que sirve de
base para un lenguaje común entre los prototipos. Los prototipos son:
HEAD (Hysys Extraction Data), el cual permite la extracción de información
de procesos simulados con ayuda del simulador comercial Hysys.Plant™.
AHA! (Automatic Hierarchical Abstraction tool) el cual realiza el análisis y la
representación de la información proporcionada por HEAD utilizando un
enfoque de modelos múltiples. Uno de los objetivos de AHA! es la
generación de niveles de abstracción que faciliten al usuario comprender e
identificar las secciones de un proceso químico.
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RETRO (Reverse Engineering Tool for Retrofit Options), el cual realiza una
búsqueda de secciones susceptibles de mejora con base en información
proporcionada por el usuario y unos criterios funcionales, para
posteriormente generar alternativas de solución mediante un sistema de
razonamiento basado en casos.
Respecto a la etapa 3 de la metodología propuesta (generación de alternativas) y
con base en los resultados presentados en la sección 5.4, se concluye que es
necesario mejorar el sistema de razonamiento basado en casos (CBR) debido a
que las alternativas no fueron del todo satisfactorias. Este problema, sin embargo,
es consecuencia de la falta de casos (información) en la base de casos del
sistema CBR y no del funcionamiento del mismo.
En cuanto a la etapa 4 (evaluación de alternativas) se obtiene como conclusión:
1) la necesidad de implementar el modelo de comportamiento de los equipos
y dispositivos de proceso (Units) o de la agrupación de éstos (Meta-units),
que le permitan a un diseñador realizar pruebas de mejoras del proceso
en cualquier nivel de abstracción sin depender de herramientas de
simulación.
2) La necesidad de diseñar e implementa un sistema de ayuda a la toma de
decisiones que permita al usuario acotar y disminuir el espacio búsqueda
de soluciones.
El SBC ha sido validado con 50 procesos químicos. Ha sido aplicado
detalladamente a los procesos de producción de amoniaco y acetona con
resultados satisfactorios en cuanto a la reducción del tiempo y complejidad de las
tareas de análisis, representación y generación de alternativas de solución
durante el retrofit.
Cabe mencionar que la metodología está limitada a procesos continuos en
estado estacionario sin manejo de sólidos o electrolitos.
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Los avances y resultados de la investigación se han publicado o difundido:
En 3 artículos en revistas internacionales (CACHE News, Computers &
Chemical Engineering y la Revista Mexicana de Ingeniería Química).
En 1 artículo de libro (CACHE vol. 14).
En 5 Artículos en libros de congresos con revisores.
En 10 congresos internacionales (7 ponencias y 3 posters) y 3 nacionales
(3 posters).
Las referencias completas se encuentran en la sección denominada
“Publicaciones y Congresos” en la página 133.
Además de lo anterior, la Fundación Caixa de Sabadell premio mi proyecto de
investigación titulado “Desarrollo de herramientas para la reingeniería de procesos
químicos” en la convocatoria “Premis Fundació Caixa Sabadell 2004” en el
apartado de Estudios–Tesis Doctoral.
6.2. CONTRIBUCIONES
Las principales contribuciones de esta investigación son:
Innovación:
En Ingeniería Química no se ha desarrollado e implementado una metodología de
retrofit de procesos químicos como la que aquí se presenta.
En el área de Inteligencia Artificial se ha ampliado la aplicación del enfoque de
modelos múltiples en Ingeniería Química.
En cuanto a los prototipos que incorporan la metodología permiten:
Extraer y analizar información de procesos químicos.
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Generar y representar un procesos químico en niveles de abstracción.
Identificar secciones de proceso susceptibles de cambios o mejoras.
Búsqueda y recuperación de experiencias pasadas emplearlas en la
resolución de nuevos problemas.
Utilidad:
Reducir el tiempo de algunas de las tareas que involucra el retrofit de procesos.
Proporciona al usuario herramientas que le permiten manejar la complejidad tanto
en las actividades del retrofit como en las de representación de procesos
químicos ayudándole a una mejor comprensión de ambas.
6.3. TRABAJOS FUTUROS
De manera general, los aspectos que considero podrían ser líneas de
investigación factibles y que le daría continuidad y soporte al trabajo realizado
son:
Integración con otras herramientas. En este sentido se podría analizar
otros simuladores comerciales para poder realizar la etapa de extracción
de información desde otras plataformas informáticas.
Ampliación y formalización de la ontología. Para poder realizar el punto
anterior es importante contar con un lenguaje común que permita
interactuar las diferentes herramientas informáticas.
Incorporación del modelo de comportamiento en los diferentes niveles de
abstracción. En este sentido se podrían desarrollar los modelos de
comportamiento para facilitar la etapa de adaptación de nuevas
alternativas en cualquier nivel de abstracción.
Extensión a otros procesos químicos. Debido a la limitación de la
metodología, sería de especial interés extender la aplicación a procesos,
tales como, bioprocesos o manejo de sólidos.
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PUBLICACIONES Y CONGRESOS
Los avances y resultados de la investigación se han publicado o difundido:
En 3 artículos en revistas internacionales.
En 1 artículo de libro.
En 5 Artículos en libros de congresos con revisores.
En 10 congresos internacionales (7 ponencias y 3 posters) y 3 nacionales
(3 posters).
El presente apartado está dividado en dos secciones: publicaciones y congresos.
PUBLICACIONES En revistas: 1) A. Rodríguez-Martínez, I. López-Arévalo, R. Bañares-Alcántara, A. Aldea
(2004). Multi-model Knowledge Representation in the Retrofit of Processes. Computers and Chemical Engineering, vol. 28 (5), pp. 781-788.
2) I. López-Arévalo, A. Rodríguez-Martínez, R. Bañares-Alcántara, A. Aldea
(2004). The Application of Ontologies in the Retrofit of Chemical Processes (in Spanish), Revista Mexicana de Ingeniería Química, vol. 3(1).
3) Fernández, D., Rodríguez-Martínez, A., Jiménez, L., and Bañares-Alcántara, R.
(2002). Code Creator for Automatic HYSYS.Plant and MS-Excel Interoperability. CACHE News, vol. Spring issue.
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En colección de libro: 1) A. Rodríguez-Martínez, I. López-Arévalo, R. Bañares-Alcántara and A. Aldea
(2003). A Multi-modelling Approach for the Retrofit of Processes. in European Symposium on Computer Aided Process Engineering–13. A. Kraslawski and I. Turunen (eds.), Elsevier Science, ISBN: 0-444-51368-X, pp. 269-274.
En libros de congresos con evaluación: 1) I. López-Arévalo, A. Rodríguez-Martínez, R. Bañares-Alcántara, L. Jiménez, A.
Aldea (2005). Generation of process alternatives using Case-Based Reasoning. Proceeding of 7th World Congress of Chemical Engineering, Glasgow, Scotland.
2) G. Calderón-Espinoza, A. Rodríguez-Martínez, J. Armengol, J. Vehí and M.
Sainz (2005). Heat rate supervision of fossil power plant by modal interval analysis. Proceeding of 7th World Congress of Chemical Engineering, Glasgow, Scotland.
3) I. López-Arévalo, A. Rodríguez-Martínez, R. Bañares-Alcántara, A. Aldea
(2003). Towards the Automatic Identification of Process Sections during the Redesign of Petroleum and Chemical Processes, Workshop on Intelligent Computing in the Petroleum Industry (ICPI 2003), IJCAI’03.
4) A. Rodríguez-Martínez, I. López-Arévalo, R. Bañares-Alcántara and A. Aldea
(2003). Automatic Hierarchical Abstraction tool for the Retrofit of Processes. Proceedings of the 4th European Congress of Chemical Engineering, book 8, topic 9, European Federation of Chemical Engineering eds. ISBN: 84-88233-31-0.
5) A. Rodríguez-Martínez, I. Herrera, R. Bañares-Alcántara and M. Schuhmacher
(2003). Retrofit of Processes and Environmental Analysis, a Decision Support Alternative in Process Engineering. Proceedings of the 4th European Congress of Chemical Engineering, book 8, topic 9, European Federation of Chemical Engineering eds. ISBN: 84-88233-31-0.
CONGRESOS Presentación como ponencia. 1) I. López-Arévalo, A. Rodríguez-Martínez, R. Bañares-Alcántara, L. Jiménez, A.
Aldea (2005). Generation of process alternatives using Case-Based Reasoning. 7th World Congress of Chemical Engineering (accepted), 10-14 july, Glasgow, Scotland.
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2) A. Rodríguez-Martínez, I. López-Arévalo, R. Bañares-Alcántara and A. Aldea (2004). Ontologías: Desarrollo y aplicación en Ingeniería Química. XXV Encuentro Nacional de la Academia Mexicana de Investigación y Docencia en Ingeniería Química (XXV AMIDIQ), 4-7 mayo, Puerto Vallarta, México.
3) A. Rodríguez-Martínez, I. López-Arévalo, R. Bañares-Alcántara and A. Aldea
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4) A. Rodríguez-Martínez, I. López-Arévalo, R. Bañares-Alcántara and A. Aldea
(2003). Multi-model knowledge representation in the retrofit of processes. European Symposium on Computer Aided Process Engineering – 13 (ESCAPE-13), 1-4 june, Lappeenranta, Finland.
5) I. López-Arévalo, A. Rodríguez-Martínez, R. Bañares-Alcántara, L. Jiménez, A.
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6) A. Rodríguez-Martínez, I. López-Arévalo, R. Bañares-Alcántara and A. Aldea
(2003). Automatic Hierarchical Abstraction tool for the Retrofit of Processes. 4th European Congress of Chemical Engineering, 21-25 september, Granada, España.
7) A. Rodríguez-Martínez, I. Herrera, R. Bañares-Alcántara and M. Schuhmacher
(2003). Retrofit of Processes and Environmental Analysis, a Decision Support Alternative in Process Engineering. 4th European Congress of Chemical Engineering, 21-25 september, Granada, España
Presentación como póster. 1) I. Lopez-Arevalo, A. Rodriguez-Martinez, A. Aldea, R. Bañares-Alcántara, L.
Jimenez (2005). Redesign Support Framework based on Hierarchical Multiple Models. Nineteenth International Joint Conference on Artificial Intelligence (accepted). 30 july- 5 august, Edinburgh, Scotland.
2) G. Calderón-Espinoza, A. Rodríguez-Martínez, J. Armengol, J. Vehí and M.
Sainz (2005). Heat rate supervision of fossil power plant by modal interval analysis. 7th World Congress of Chemical Engineering (accepted), 10-14 july, Glasgow, Scotland.
3) A. Rodríguez-Martínez, I. López-Arévalo, R. Bañares-Alcántara and A. Aldea
(2002). Integrated framework for the retrofit of processes. 9º Congreso Mediterráneo de Ingeniería Química, 26-29 de noviembre, Barcelona, España,.
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4) Fernández, D., Rodríguez-Martínez, A., Jiménez, L., and Bañares-Alcántara, R.
(2001). Usos de HYSYS en la abstracción de procesos. Primer encuentro Universitario sobre Simulación de Procesos y aplicaciones Hyprotech. 18- 19 de julio, Valencia, España.
5) Fernández, D., Rodríguez-Martínez, A., Jiménez, L., and Bañares-Alcántara, R.
(2001). ETSEQ-Code Creator, Una herramienta para la interoperabilidad entre HYSYS.Plant y Excel. Primer encuentro Universitario sobre Simulación de Procesos y aplicaciones Hyprotech. 18-19 julio, Valencia, España.
6) I. Herrera, Antonio Rodríguez-Martínez, I. Butnar, L. Jiménez (2001). Aplicación
de la simulación en las actividades de ecodiseño a través de la integración de HYSYS.Plant y TEAM. Primer encuentro Universitario sobre Simulación de Procesos y aplicaciones Hyprotech. 18-19 de julio, Valencia, España.
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CURRICULUM VITAE En junio de 1993 obtuve el grado de Ingeniero Químico en la Universidad
Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), México. De septiembre de 1993 a junio
de 1995 realice la maestría en Ingeniería Química en el Instituto Tecnológico de
Celaya, México.
En agosto de 1995 me incorporé como profesor de tiempo parcial en la Facultad
de Ciencias Químicas e Ingeniería de la UAEM. En marzo de 1996 ingresé como
investigador en el Departamento de Supervisión de Procesos del Instituto de
Investigaciones Eléctricas (IIE), México. En el IIE participe en proyectos de
diseño, desarrollo e implementación de sistemas de supervisión y control para
centrales de generación eléctrica de Comisión Federal de Electricidad y refinerías
de Petróleos Mexicanos. Desde mi ingreso en el IIE y hasta enero de 2000
compagine mi carrera docente en la UAEM y de investigación en el IIE.
En febrero de 2000, la UAEM me otorgó una beca para realizar el doctorado en
Ingeniería Química y de Procesos en la Universitat Rovira i Virgili en Tarragona,
España. En octubre de 2003 obtuve el Diploma de Estudios Avanzados. De
octubre de 2003 a abril de 2005 realice la tesis doctoral desarrollando una
metodología para el retrofit de procesos químicos basada en una representación
jerárquica. La metodología fue implementada en un sistema basado en
conocimiento mediante el diseño y programación de tres prototipos informáticos.
Durante los cuatro años del doctorado conté con la supervisión del Dr. René
Bañares-Alcántara.
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Los resultados de la investigación realizada durante los cuatro años de doctorado
han sido publicados en 3 artículos en revistas internacionales, 1 artículo en un
libro y 5 artículos en libros de congresos internacionales. Además de las
publicaciones, participé en 10 congresos internacionales (7 ponencias y 3 pósters)
y 3 nacionales (3 pósters).
En octubre de 2004 la Fundación Caixa de Sabadell premio mi proyecto de
investigación titulado “Desarrollo de herramientas para la reingeniería de procesos
químicos” dentro de los Premis Fundació Caixa Sabadell 2004 en el apartado de
Estudios–Tesis Doctoral.
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ABSTRACT
Industrial processes require periodic evaluations to verify their normal operation,
as much in economical as in technical terms. These evaluations are necessary
due to changes in markets, safety and environmental legislation. It is necessary to
satisfy these demands in order to investigate process alternatives that allow the
optimal use of existing resources with the possible minimum investment. One way
to make this task is by means of retrofit.
The objective of this work is to develop a methodology for retrofit of chemical
processes based on hierarchical representations. The concepts involved in the
methodology are,
The application in inverse manner of hierarchical procedure for conceptual
design of Douglas [Douglas, 1988]
The representation of processes by means of generic block diagrams from
Turton [Turton et al., 1998].
The structure of knowledge based systems (knowledge base, inference
machine and user interface) [Han et al., 1996].
The proposed methodology has learning from retrofit, design, synthesis and
analysis of processes, so that it was managed to design and implement support
tools for retrofit of processes. Knowledge from computer science area in addition
to knowledge from chemical engineering were applied in order to develop a
knowledge-based system by using computational algorithms from communication,
visualization and artificial intelligence techniques.
The methodology consists of four general steps,
1. Data extraction. Information of chemical process is extracted from an initial
representation.
2. Analysis and representation of information. Extracted information is
abstracted at several levels based on a set of hierarchical functions,
precedence rules and user information.
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3. Generation of alternatives. The alternatives are generated based on the
new specification for the original process and a Case-Based Reasoning
(CBR) system.
4. Adaptation and evaluation. The generated alternatives are evaluated until
their new specifications are satisfied.
The methodology was implemented as Knowledge-Based System (KBS). The
KBS has three prototypes and one ontology. The ontology is used as common
language between the prototypes. The prototypes are,
HEAD (Hysys Extraction Data) was developed in MS Visual Basic™. The goal
is to extract information from a process flow diagram (PFD) which is simulated
in Hysys.Plant™.
AHA! (Automatic Hierarchical Abstraction tool) is a prototype developed in Java
that generates different levels of abstraction from the initial PFD in order to
identify sections where retrofit can be applied.
RETRO (Reverse Engineering Tool for Retrofit Options) includes a CBR
system to retrieve from a library cases with equipment/devices (Units) or
groups of them (Meta-units) which were similar to the one selected by the user.
A set of cases (Units and/or Meta-units) is obtained as output from the CBR
system. The set is ordered according to similarity of cases. The user should
take the most similar alternative and make the adaptation in a simulator (in our
case, we have used Hysys.Plant™).
The KBS has been validated with 50 chemical processes. It has been applied in
detail to the processes of ammonia and acetone production with satisfactory
results in reduction of time and complexity of the analysis, representation and
generation of alternatives of solution during retrofit tasks.
The advances and results of the research have been published in 9 articles (3 in
international journals, 1 in a book collection and 5 in refereed conference papers).
Also they have been presented in 10 international congresses (7 communications
and 3 posters) and 3 nationals (3 posters).
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A N E X O S
ANEXO 1.
ESTRUCTURAS DE DATOS PARA EQUIPOS Y DISPOSITIVOS DE PROCESO
ANEXO 2.
CÓDIGO FUENTE DE HEAD
ANEXO 3.
SISTEMA DE REGLAS DE PRODUCCIÓN PARA EL MODELO TELEOLÓGICO
ANEXO 4.
REGLAS DE AGRUPAMIENTO DE EQUIPOS DE PROCESO
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A1-1
Anexo 1 Estructura de datos para equipos y dispositivos de proceso.
En las estructuras de datos se definen los campos de información de los equipos de
proceso y componentes para la extracción de información de los ficheros del
simulador comercial Hysys.Plant™. Están divididas en 6 clases principales:
1. Sistemas de Reacción.
2. Sistemas de Separación.
3. Cambio de Temperatura.
4. Cambio de Presión.
5. Cambio de Flujo.
6. Dispositivos de control y lógicos.
En cada una de las estructuras está definido el nombre del campo y el tipo de dato.
El tipo de dato puede ser texto o numérico. Para el caso en que sea texto se incluye
el número de caracteres máximo que podrá incluir y para los numéricos se define si
será del tipo entero (int) o flotante (float). A continuación se muestran los campos
correspondientes a cada una de las subclases de las clases antes mencionadas.
1. Sistemas de Reacción. 1.1. Reactor tipo tanque.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 No. de corrientes de entrada no_stream_in Int Nombre de corriente entrada name_stream_in 20 No. de corrientes de salida no_stream_out Int Nombres corriente salida name_stream_out 20 Caída de presión Pressure_drop Float Volumen del tanque Vessel_volume Float Porcentaje de liquido Liquid_Function Float Tipo de reacción Reaction_set 20
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A1-2
1.2. Reactor tubular.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico
Nombre Name 20 No. de corrientes de entrada no_stream_in Int Nombre de corriente entrada name_stream_in 20 No. de corrientes de salida no_stream_out Int Nombres corriente salida name_stream_out 20 No. de tubos no_tubes Int Diámetro de tubo Diameter_tube Float Espesor de pared de tubo Tube_wall_thickness Float Caída de presión Pressure_drop Float Diámetro de partícula de catalizador Diameter_particle Float
Densidad de la porción sólida Solid_density Float Tipo de reacción Reaction_sets 20
2. Sistemas de Separación. 2.1. Extractor líquido_líquido.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 No. de corrientes de entrada no_stream_in Int Nombre de corriente entrada Name_stream_in 20 No. de corrientes de salida no_stream_out Int Nombres de corrientes de salida name_stream_out 20
No. de etapas Stage_number Float 2.2. Separador simple (flash).
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo en
HEAD Texto (no. de caracteres)
Numérico
Nombre Name 20 No. de corrientes de entrada no_stream_in Int Nombre de corriente entrada Name_stream_in 20 No. de corrientes de salida no_stream_out Int Nombres corriente salida name_stream_out 20 Nombre corriente vapor Name_stream_out_vapor 20
Nombre corriente líquido Name_stream_ out_liquid 20
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A1-3
2.3. Separador de tres fases.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 No. de corrientes de entrada No_stream_in Int Nombre de corriente entrada Name_stream_in 20
No. de corrientes de salida No_stream_out Int Nombres corriente salida Name_stream_out 20 Nombre de corriente de vapor
Name_stream_vapour_ out_vapour 20
Nombre corriente liquida pesada
Name_stream_out_heavy_liquid_Product 20
2.4. Columna de destilación (por etapas o empacadas).
Tipo de Dato Atributos Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 No. de corrientes de entrada no_stream_in Int Nombre de corrientes entrada name_stream_in 20
No. de corrientes de salida no_stream_out Int Nombre de corrientes de salida name_stream_out 20
No. de etapas de equilibrio no_stage Int Valor del reflujo reflux_ratio Float
2.5. Absorbedor.
Tipo de Dato Atributos Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20
No. de corrientes de entrada no_stream_in Int Nombre de corriente entrada name_stream_in 20 No. de corrientes de salida no_stream_out Int Nombres de corrientes de salida name_stream_out 20
No. de etapas stage_number Int
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2.6. Adsorbedor.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 No. de corrientes de entrada no_stream_in Int Nombre de corriente entrada name_stream_in 20 No. de corrientes de salida no_stream_out Int Nombres de corrientes de salida name_stream_out 20
Nombre de corriente de salida de vapor
Name_strem_out_ Vapor 20
Nombre de corriente de salida de líquido
Name_strem_out_ Liquid 20
Nombre de corriente de salida de sólidos
name_strem_out_ solid 20
3. Temperature change. 3.1. Cambiador de calor (Heat exchanger).
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 Nombre de la corriente de entrada lado tubo Tube_side_feed 20
Nombre de la corriente de salida lado tubo Tube_side_product 20
Nombre de la corriente de entrada lado coraza Shell_side_feed 20
Nombre de la corriente de salida lado coraza Shell_side_product 20
Area de transferencia de calor Heat_transfer_area Float
Longitud de tubos Length_tubes Float No de tubos No_tubes Int Perdidas de calor Heat_loss Float Calor disponible heat_available Float Calor requerido heat_ required Float Nombre corriente caliente Name_hot_stream 20 Nombre corriente fría Name_cool_stream 20
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A1-5
3.2. Calentador o Enfriador (Heater o Cooler)
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 Nombre de corriente de entrada name_stream_in 20
Nombre de corriente de salida name_stream_out 20
Nombre de carga térmica name_heat_load 20 Cambio de temperatura Temperature_change Float Caída de presión Pressure_drop Float
3.3. Enfriador de aire.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 Nombre de la corriente de entrada name_stream_in 20
Nombre de la corriente de salida name_stream_out 20
Temperatura del aire a la entrada Temperature_air_in Float
Temperatura del aire a la salida Temperature_air_out Float
4. Pressure change. 4.1. Válvula.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre name 20 Nombre corriente entrada name_stream_in 20 Nombre corriente salida name_stream_out 20 Cambio de presión (caída) Pressure_change Float
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4.2. Expansor.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en Head Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 Nombre de corriente entrada name_stream_in 20 Nombre corriente salida name_stream_out 20 Nombre corriente de energía name_stream_energy 20 Cambio de presión (caída) Pressure_change Float
4.3. Compresor.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en Head Texto (no. de caracteres) NuméricoNombre Name 20 Nombre de corriente entrada name_stream_in 20 Nombre corriente salida name_stream_out 20 Nombre corriente de energía name_stream_energy 20 Cambio de presión (aumento) Pressure_change Float
4.4. Bomba.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) NuméricoNombre Name 20 Nombre de corriente entrada name_stream_in 20 Nombre corriente salida name_stream_out 20 Nombre corriente de energía name_stream_energy 20 Cambio de presión (aumento) Pressure_change Float
5. Cambio de flujo. 5.1. Mezclador.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo en
Head Texto (no. de caracteres) NuméricoNombre name 20 No. de corrientes de entrada no_stream_in Int Nombres de corriente entrada name_stream_in 20
Nombre corriente salida name_stream_out 20
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5.2. Divisor.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo en
Head Texto (no. de caracteres) NuméricoNombre name 20 Nombre de corriente entrada name_stream_in 20 No. de corrientes de salida no_stream_out Int Nombres corriente salida name_stream_out 20
5.3. Corrientes de energía.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo en
Head Texto (no. de caracteres) NuméricoNombre name_stream_energy 20 Flujo de calor heat_flow Float
5.4. Corrientes de materia.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo en
HEAD Texto (no. de caracteres) NuméricoNombre Name 20 Fracción de Vapor Vapour/Phase Fraction Float Temperatura Temperature Float Presión Pressure Float Flujo Molar Molar Flow Float Flujo Másico Mass Flow Float Entalpía molar Molar Enthalpy Float Entropía molar Molar Entropy Float Flujo de calor Heat Flow Float No. de compuestos No_comp Int Nombre de compuestos name_comp 20 Fracción másica del compuesto Mass_fraction Float
Fracción molar del compuesto Mole_fraction Float
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6. Dispositivos de control y lógicos. 6.1. Ajuste.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 Link (Objeto padre) Link 20 Variable ajustada Adj_var 20 Variable meta Tar_var 20 Valor de la variable meta Tar_val Float
6.2. Balance.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico
Nombre Name 20 No. de corrientes de entrada no_stream_in Float Nombres de corrientes entrada Name_stream_in 20
No. de corrientes de salida no_stream_out Float Nombres de corrientes salida Name_stream_out 20 Tipo de balance Balance_type 20
6.3. Reciclo.
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo
en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico Nombre Name 20 Nombre corriente de entrada Name_stream_in 20 Nombre corriente de salida Name_stream_out 20
6.4. Balance y Control (Digital Point / PID Controler / MPC Controller / Transfer Function / Selector_Block / Set / Spreadcheet).
Tipo de Dato Atributo Nombre de Campo en HEAD Texto (no. de caracteres) Numérico
Nombre Name 20 Link (Objeto padre) Link 20
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A2-1
Anexo 2 Código fuente de HEAD
El código fuente esta hecho con ayuda del editor Microsoft Visual.Basic™. Esta
dividido en dos subrutinas principales: CommandButton1_Click() y UpdateStreamInfo(). Con la
primera de ellas se inicia la ejecución del programa y con la segunda se extrae la
información después de haber seleccionado el fichero de Hysys.Plant™.
La subrutina UpdateStreamInfo() se divide en:
1. Definición de variables y constantes. 2. Selección y apertura de ficheros del simulador Hysys.Plant™. 3. Subrutinas de lectura para cada uno de las siguientes 6 clases principales:
Logics Flow change Pressure change Temperature change Separation Reaction
El total de objetos (equipos y dispositivos de proceso) que forman estas 6 clases son 31.
4. Fin de programa.
A continuación se presenta el detalle de cada una de las 4 secciones antes mencionadas:
1. Definición de variables y constantes. Option Explicit 'Public FuntionInitialize() As Boolean Public Sub UpdateStreamInfo() 'Local Variables Dim hyCase As SimulationCase Dim hyApp As HYSYS.Application Dim hyStreams, hyStreamsEnergy As Streams Dim hyFlowsheet As Flowsheet Dim hyStream, hyComponents As Object
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Dim hyCompFrac As Variant Dim hyFluidPackage As FluidPackage Dim hyIndex As Long Dim hyVal As Double Dim hyOperations As Operations Dim xlSheet As Excel.Worksheet Dim filename As String Dim xlApp As Excel.Application Dim Initialize As Boolean 'constants Dim i,j,k As Integer '********************************************************** ' N O M E N C L A T U R A '********************************************************** 'Hysys_Name Visual_Basic_Aplication_Name 'Logics '------------------------------||------------------------------- 'Adjust adjust 'Balance balance 'Recycle recycle 'Digital point digitalop 'PID controller fbcontrolop 'MPC controller fbcontrolmpcop 'Transfer function signalop 'Selector block selectionop 'Set setop 'Spreadsheet spreadsheet 'Flow change equipment '------------------------------||------------------------------- 'Mixer mixerop 'Splitter teeop 'Pressure change equipment '------------------------------||------------------------------- 'Valve valveop 'Expander ExpanOp 'Compressor compressor 'Pump pumpop 'Heat Transfer equipment '------------------------------||------------------------------- 'Cooler coolerop 'Heater heaterop 'Heat_Exchanger heatexop 'Air_Cooler aircoolerop 'Fired_Heater firedheaterop 'Separation equipment '------------------------------||------------------------------- 'Liq_Liq_Extractor liqliqextractor 'Flash flashtank '3 Phase Separator sep3op
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'Distillation column (trayed) distillation 'Absorber absorber 'Reaction equipment '------------------------------||------------------------------- 'CSTR kineticreactorop 'Plug flow reactor pfreactorop '********************************************************** 2. Selección y apertura de ficheros del simulador Hysys.Plant™. 'Open Hysys files Set xlApp = GetObject(, "Excel.Application") filename = xlApp.GetOpenFilename If filename <> "False" Then Set hyCase = GetObject(filename) End If Initialize = True 'On Error GoTo CatchException If Not Initialize Then Exit Sub Dim xlRange As Excel.Range 3. Subrutinas de lectura para cada una de las 6 clases principales.
'Loop through the Logics Set xlSheet = ThisWorkbook.Sheets("output") Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations(oc_Logical) Dim no_logical_op As Integer no_logical_op = hyOperations.Count For i = 0 To hyOperations.Count - 1
'Device: adjust If hyOperations.Item(i).TypeName = "adjust" Then 'Retrive the type operation Set xlRange = xlSheet.Range("a" & 4 + i) xlRange.Value = "adjust" 'Retrive the Equip Names Set xlRange = xlSheet.Range("b" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the SolutionType Set xlRange = xlSheet.Range("c" & 4 + i) If hyOperations.Item(i).SolutionType = 0 Then xlRange.Value = "SecantMethod" End If If hyOperations.Item(i).SolutionType = 1 Then xlRange.Value = "BroydenMethod" End If If hyOperations.Item(i).SolutionType = 2 Then xlRange.Value = "SimultaneousSolution" End If 'Retrive the AdjustedVariable Set xlRange = xlSheet.Range("d" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AdjustedVariable 'Retrive the TargetVariable Set xlRange = xlSheet.Range("e" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TargetVariable
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A2-4
'End of row Set xlRange = xlSheet.Range("f" & 4 + i) xlRange.Value = " @ " End If 'End of "adjust"
'Device: balanceop If hyOperations.Item(i).TypeName = "balanceop" Then 'Retrive the type operation Set xlRange = xlSheet.Range("a" & 4 + i) xlRange.Value = "balance" 'Retrive the Equip Names Set xlRange = xlSheet.Range("b" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the AttachedFeeds Set xlRange = xlSheet.Range("c" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count - 1 Set xlRange = xlSheet.Cells(4 + i, j + 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds(j) Next j 'Retrive the AttachedProducts Set xlRange = xlSheet.Cells(4 + i, j + 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 Set xlRange = xlSheet.Cells(4 + i, 4 + 1 + hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(j) Next j Set xlRange = xlSheet.Cells(4 + i, 4 + 1 + hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).BalanceOpType If hyOperations.Item(i).BalanceOpType = 0 Then xlRange.Value = "MoleAndHeat" End If If hyOperations.Item(i).BalanceOpType = 1 Then xlRange.Value = "Mole" End If If hyOperations.Item(i).BalanceOpType = 2 Then xlRange.Value = "Mass" End If If hyOperations.Item(i).BalanceOpType = 3 Then xlRange.Value = "Heat" End If If hyOperations.Item(i).BalanceOpType = 4 Then xlRange.Value = "General" End If If hyOperations.Item(i).BalanceOpType = 5 Then xlRange.Value = "NotSet" End If If hyOperations.Item(i).BalanceOpType = 6 Then xlRange.Value = "MassAndHeat" End If 'End of row Set xlRange = xlSheet.Cells(4 + i, 4 + 2 + hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count + hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count) xlRange.Value = " @ " End If 'End of "balanceop"
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'Device: recycle
If hyOperations.Item(i).TypeName = "recycle" Then 'Retrive the type operation Set xlRange = xlSheet.Range("a" & 4 + i) xlRange.Value = "recycle" 'Retrive the Equip Names Set xlRange = xlSheet.Range("b" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the FeedStream Set xlRange = xlSheet.Range("c" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).FeedStream 'Retrive the ProductStream Set xlRange = xlSheet.Range("d" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ProductStream 'End of row Set xlRange = xlSheet.Range("e" & 4 + i) xlRange.Value = " @ " End If 'End of "recycle"
'DEVICES: DIGITALOP, FBCONTROLOP,
If hyOperations.Item(i).TypeName = "digitalop" Or hyOperations.Item(i).TypeName = "fbcontrolop" Then 'Retrive the type operation Set xlRange = xlSheet.Range("a" & 4 + i) If hyOperations.Item(i).TypeName = "digitalop" Then xlRange.Value = "digital_point" Else: xlRange.Value = "pid_controller" End If 'Retrive the Equip Names Set xlRange = xlSheet.Range("b" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the OutputObject Set xlRange = xlSheet.Range("c" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).OutputObject 'End of row Set xlRange = xlSheet.Range("d" & 4 + i) xlRange.Value = " @ " End If 'End of "digitalop"
'Device: fbcontrolmpcop If hyOperations.Item(i).TypeName = "fbcontrolmpcop" Then 'Retrive the type operation Set xlRange = xlSheet.Range("a" & 4 + i) xlRange.Value = "mpc_controller" 'Retrive the Equip Names Set xlRange = xlSheet.Range("b" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the OutputObject Set xlRange = xlSheet.Range("c" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).OPValue 'End of row Set xlRange = xlSheet.Range("d" & 4 + i) xlRange.Value = " @ " End If 'End of "fbcontrolmpcop"
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A2-6
'Device: signalop
If hyOperations.Item(i).TypeName = "signalop" Then 'Retrive the type operation Set xlRange = xlSheet.Range("a" & 4 + i) xlRange.Value = "transfer_function" 'Retrive the Equip Names Set xlRange = xlSheet.Range("b" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the OutputObject Set xlRange = xlSheet.Range("c" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Parent 'End of row Set xlRange = xlSheet.Range("d" & 4 + i) xlRange.Value = " @ " End If 'End of "signalop"
'Device: selectionop If hyOperations.Item(i).TypeName = "selectionop" Then 'Retrive the type operation Set xlRange = xlSheet.Range("a" & 4 + i) xlRange.Value = "selector_block" 'Retrive the Equip Names Set xlRange = xlSheet.Range("b" & 4 + i) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Parent Set xlRange = xlSheet.Range("c" & 4 + i) 'xlRange.Value = hyOperations.Item(i).NumberOfInputsValue xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Parent 'End of row Set xlRange = xlSheet.Range("d" & 4 + i) xlRange.Value = " @ " End If 'End of "selectionop" Next i 'End of the For by Logics devices Set hyFluidPackage = hyCase.Flowsheet.FluidPackage Set hyStreams = hyCase.Flowsheet.MaterialStreams Dim no_material_stream As Integer 'No. of Material_Streams no_material_stream = hyStreams.Count 'Loop through the Material Streams For i = 0 To hyStreams.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 1) xlRange.Value = "material_stream" 'Retrive the Stream Names Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 2) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).Name 'Retrive the no_comp Dim no_comp As Integer 'Numero de componentes Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 3) xlRange.Value = hyFluidPackage.Components.Count no_comp = hyFluidPackage.Components.Count 'No. de componentes 'Retrive the name_comp For j = 0 To hyFluidPackage.Components.Count - 1
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A2-7
Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + j) xlRange.Value = hyFluidPackage.Components.Item(j).Name Next j 'Retrieve the Vapour Fraction Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).VapourFraction 'Temperature Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp + 1) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).Temperature.GetValue("C") 'Pressure Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp + 2) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).Pressure.GetValue("kPa") 'Mass Flow Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp + 3) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).MassFlow.GetValue("kg/h") 'Molar Flow Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp + 4) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).MolarFlow.GetValue("kgmole/h") 'Molar Enthalpy Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp + 5) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).MolarEnthalpy.GetValue("kJ/kgmole") 'Molar Entropy Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp + 6) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).MolarEntropy.GetValue("kJ/kgmole-C") 'Heat Flow Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp + 7) xlRange.Value = hyStreams.Item(i).HeatFlow.GetValue("kJ/h") 'Mass Fraction Set hyFlowsheet = hyCase.Flowsheet Set hyStream = hyFlowsheet.MaterialStreams.Item(i) Set hyComponents = hyCase.BasisManager.FluidPackages.Item(0).Components For j = 0 To hyFluidPackage.Components.Count - 1 hyIndex = hyComponents.Index(j) hyCompFrac = hyStream.ComponentMassFractionValue hyVal = hyCompFrac(hyIndex) Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + no_comp + 8 + j) xlRange.Value = hyVal Next j 'Molar Fraction For j = 0 To hyFluidPackage.Components.Count - 1 hyIndex = hyComponents.Index(j) hyCompFrac = hyStream.ComponentMolarFractionValue hyVal = hyCompFrac(hyIndex) Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + (no_comp * 2) + 8 + j) xlRange.Value = hyVal Next j 'End of Material_Stream-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_logical_op, 4 + (no_comp * 2) + 8 + j) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Material Streams 'Loop through the Energy streams Set hyStreamsEnergy = hyCase.Flowsheet.EnergyStreams Dim no_energy_stream As Integer no_energy_stream = hyStreamsEnergy.Count 'No. of energy streams
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A2-8
For i = 0 To hyStreamsEnergy.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_material_stream + no_logical_op, 1) xlRange.Value = "energy_stream" 'Retrive the Streams Energy Names Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_material_stream + no_logical_op, 2) xlRange.Value = hyStreamsEnergy.Item(i).Name 'Retrieve the Stream Energy Heat Flow in kW Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_material_stream + no_logical_op, 3) xlRange.Value = hyStreamsEnergy.Item(i).HeatFlow.GetValue("kJ/h") 'End of energy_Stream-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_material_stream + no_logical_op, 4) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Energy Streams
'Loop through Flow change equipment 'Loop through Mixer Dim no_LO_MS_ES As Integer 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams and EnergyStreams no_LO_MS_ES = no_material_stream + no_logical_op + no_energy_stream Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("mixerop") Dim no_mixerop As Integer no_mixerop = hyOperations.Count 'No. of mixers For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES, 1) xlRange.Value = "mixer" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the no_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count 'Retrive the name_stream_in For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count - 1 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds(j) Next j 'Retrive the name_stream_out For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES, 4 + j + hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(j) Next j 'End of Mixer-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES, 4 + hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count + hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Mixers 'Loop through Spliter Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("teeop") Dim no_teeop As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX As Integer no_teeop = hyOperations.Count 'No. of Spliters
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A2-9
no_LO_MS_ES_MX = no_LO_MS_ES + no_mixerop 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams and Mixers For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX, 1) xlRange.Value = "split" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX, 3) 'xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Name xlRange.Value = hyOperations.Item(i).FeedStream 'Retrive the no_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX, 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count 'Retrive the name_stream_out For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX, 5 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(j) Next j 'End of Spliter-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX, 5 + hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Spliters
'Loop through Pressure change equipment 'Loop through Valve Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("valveop") Dim no_valve As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO As Integer no_valve = hyOperations.Count 'No. of Valves no_LO_MS_ES_MX_TO = no_LO_MS_ES_MX + no_teeop 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers and Spliters For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO, 1) xlRange.Value = "valve" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).FeedStream 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO, 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ProductStream 'Retrive the pressure_drop Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO, 5) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).PressureDrop 'End of valve-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO, 6) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of valves
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'Loop through Expander Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("ExpandOp") Dim no_expander As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA As Integer no_expander = hyOperations.Count 'No. of expander no_LO_MS_ES_MX_TO_VA = no_LO_MS_ES_MX_TO + no_valve 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters and Valves For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA, 1) xlRange.Value = "expander" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).FeedStream 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA, 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ProductStream 'Retrive the name_energy_stream Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA, 5) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).EnergyStream 'Retrive the pressure_drop Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA, 6) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).DeltaP 'End of Expander-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA, 7) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Expander 'Loop through Compressor Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("compressor") Dim no_compressor As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX As Integer no_compressor = hyOperations.Count 'No. of Compressor no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA + no_expander 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves and Expanders For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX, 1) xlRange.Value = "compressor" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).FeedStream 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX, 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ProductStream 'Retrive the name_energy_stream Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX, 5) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).EnergyStream
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A2-11
'Retrive the pressure_drop Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX, 6) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).DeltaP 'End of Compressor-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX, 7) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Compressor 'Loop through Pump Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("pumpop") Dim no_pump As Integer Dim pressure_drop As Double Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO As Integer no_pump = hyOperations.Count 'No. of Pumps no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX + no_compressor 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders and Compressors For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO, 1) xlRange.Value = "pump" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).FeedStream 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO, 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ProductStream 'Retrive the name_energy_stream Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO, 5) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).EnergyStream 'Retrive the pressure_drop Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO, 6) pressure_drop = hyOperations.Item(i).ProductPressure - hyOperations.Item(i).FeedPressure xlRange.Value = pressure_drop 'End of Pump-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO, 7) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Pump
'Loop through Temperature change equipment 'Loop through Heater Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("heaterop") Dim no_heater As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU As Integer no_heater = hyOperations.Count 'No. of Heaters no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO + no_pump 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors and Pump For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU, 1) xlRange.Value = "heater" 'Retrive the Equip Name
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Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).FeedStream 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU, 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ProductStream 'Retrive the name_heat_load Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU, 5) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Duty.GetValue("kJ/h") 'Retrive the pressure_drop Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU, 6) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).PressureDrop 'Retrive the temperature_change Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU, 7) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).DeltaT 'End of Heater-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU, 8) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Heater 'Loop through Cooler Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("coolerop") Dim no_cooler As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET As Integer no_cooler = hyOperations.Count 'No. of Cooler no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU + no_heater 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors, Pump and Heater For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET, 1) xlRange.Value = "cooler" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).FeedStream 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET, 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ProductStream 'Retrive the name_heat_load in Kj/h Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET, 5) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Duty 'Retrive the pressure_drop Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET, 6) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).PressureDrop 'Retrive the temperature_change Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET, 7) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).DeltaT 'End of Cooler-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET, 8) xlRange.Value = " @ "
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Next i 'End of loop of Cooler 'Loop through Heat_Exchanger Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("heatexop") Dim no_heatexchanger As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL As Integer no_heatexchanger = hyOperations.Count 'No. of Heat_Exchanger no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET + no_cooler 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors, Pump, Heater and Cooler For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 1) xlRange.Value = "heat_exchanger_h" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the Name_tube_side_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeSideFeed 'Retrive the Name_tube_side_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 4) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeSideProduct 'Retrive the Name_shell_side_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 5) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ShellSideFeed 'Retrive the Name_shell_side_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 6) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ShellSideProduct 'Retrive the heat_transfer_area [units : m2] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 7) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).HeatTransferArea 'Retrive the length_tubes [units : m2] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 8) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeLength 'Retrive the no_tubes Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 9) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).NumberOfTubes 'Retrive the heat_loss [units : kj/h] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 10) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).HeatLoss If hyOperations.Item(i).TubeSideFeed.Temperature.GetValue("C") > hyOperations.Item(i).ShellSideFeed.Temperature.GetValue("C") Then 'Retrive the heat_available [units : kj/h] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 11) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeSideProduct.HeatFlow.GetValue("kj/h") - hyOperations.Item(i).TubeSideFeed.HeatFlow.GetValue("kj/h") 'Retrive the heat_required [units : kj/h] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 12) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ShellSideProduct.HeatFlow.GetValue("kj/h") - hyOperations.Item(i).ShellSideFeed.HeatFlow.GetValue("kj/h") 'Retrive the name_hot_stream Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 13) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeSideFeed 'Retrive the name_cool_stream
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A2-14
Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 14) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ShellSideFeed Else: 'Retrive the heat_available [units : kj/h] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 11) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ShellSideProduct.HeatFlow.GetValue("kj/h") - hyOperations.Item(i).ShellSideFeed.HeatFlow.GetValue("kj/h") 'Retrive the heat_required [units : kj/h] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 12) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeSideProduct.HeatFlow.GetValue("kj/h") - hyOperations.Item(i).TubeSideFeed.HeatFlow.GetValue("kj/h") 'Retrive the name_hot_stream Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 13) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ShellSideFeed 'Retrive the name_cool_stream Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 14) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeSideFeed End If 'End of Heat_Exchanger-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL, 15) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Heat_Exchanger
'Loop through Separation systems 'Loop through Liquid_Liquid_Extractor Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("liqliqextractor") Dim no_llextractor As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC As Integer no_llextractor = hyOperations.Count 'No. of L-L_Extractor no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX + no_aircooler 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors, Pump, Heater, Cooler,HeatExchanger and AirCooler For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC, 1) xlRange.Value = "liq_liq_extractor" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the No_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count - 1 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds(j).Name Next j 'Retrive the No_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count For k = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 'Retrive the Name_stream_out
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Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC , 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(k).Name Next k 'Retrive the No_Stages Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ColumnFlowsheet.ColumnStages.Count 'End of Liquid_Liquid_Extractor-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC, 6 + j + k) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Liquid_Liquid_Extractor 'Loop through Flash Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("flashtank") Dim no_flash As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE As Integer no_flash = hyOperations.Count 'No. of Flash no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC + no_llextractor 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors, Pump, Heater, Cooler,HeatExchanger, AirCooler and LL-Extractor For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 1) xlRange.Value = "flash" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the No_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count - 1 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds(j).Name Next j 'Retrive the No_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count For k = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(k).Name Next k 'Retrive the Name_stream_vapour Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 5 + j + k)
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xlRange.Value = hyOperations.Item(i).VapourProduct.Name 'Retrive the Name_stream_liquid Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 6 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).LiquidProduct.Name 'End of Flash-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE, 7 + j + k) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Flash 'Loop through 3_Phase_Separator Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("sep3op") Dim no_sep3op As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL As Integer no_sep3op = hyOperations.Count 'No. of 3_Phase_Separator no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE + no_flash 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors, Pump, Heater, Cooler,HeatExchanger, AirCooler, LL-Extractor and Flash For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 1) xlRange.Value = "3_phase_separator" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the No_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count - 1 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds(j).Name Next j 'Retrive the No_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count For k = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(k).Name Next k 'Retrive the Name_stream_vapour Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).VapourProduct.Name 'Retrive the Name_stream_liquid
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Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 6 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).HeavyLiquidProduct.Name 'End of Distillation-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 7 + j + k) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of 3_Phase_Separator 'Loop through Distillation Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("distillation") Dim no_distillation As Integer Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS As Integer no_distillation = hyOperations.Count 'No. of L-L_Extractor no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL + no_sep3op 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors, Pump, Heater, Cooler,HeatExchanger, AirCooler, LL-Extractor, Flash and 3PhaseSeparator For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 1) xlRange.Value = "trayed" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the No_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count - 1 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds(j).Name Next j 'Retrive the No_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count For k = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(k).Name Next k 'Retrive the No_Stages Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ColumnFlowsheet.ColumnStages.Count 'Retrive the Reflux_ratio Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 6 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ColumnFlowsheet.RefluxRatio
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'End of Distillation-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL, 7 + j + k) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Distillation
'Loop through Reaction Systems 'Loop through CSTR Set xlSheet = ThisWorkbook.Sheets("output") Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("kineticreactorop") Dim no_CSTR As Integer no_CSTR = hyOperations.Count 'No. of CSTR_reactor Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS As Integer no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS + no_distillation 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors, Pump, Heater, Cooler,HeatExchanger, AirCooler, LL-Extractor, Flash, 3PhaseSeparator and Distillation For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 1) xlRange.Value = "continuous_stirred_tank_reactor" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the No_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count - 1 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds(j).Name Next j 'Retrive the No_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count For k = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(k).Name Next k 'Retrive the Vessel_Volume [units - m3] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Volume.Value 'Retrive the Reaction_type Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 6 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ReactionSet.Name 'Retrive the Pressure_drop [units - kPa]
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Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 7 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).PressureDropValue 'Retrive the Liquid_level [units - %] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 8 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).LiquidLevelValue 'End of CSTR-row Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS, 9 + j + k) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of Liquid_Liquid_Extractor 'Loop through tubular_reactor Set hyOperations = hyCase.Flowsheet.Operations("pfreactorop") Dim no_tubular_reactor As Integer no_tubular_reactor = hyOperations.Count 'No. of tubular_reactor Dim no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR As Integer no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR = no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER + no_gibbs_reactor 'Sum of LogicalOperations, MaterialStreams, EnergyStreams, Mixers,Spliters, Valves, Expanders, Compressors, Pump, Heater, Cooler,HeatExchanger, AirCooler, LL-Extractor, Flash, 3PhaseSeparator, Distillation, CSTR, Conversion Reactor and Gibbs Reactor For i = 0 To hyOperations.Count - 1 'Retrive the function3 Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 1) xlRange.Value = "tubular_reactor" 'Retrive the Equip Name Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 2) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).Name 'Retrive the No_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 3) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count For j = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedFeeds.Count - 1 'Retrive the Name_stream_in Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedFeeds(j).Name Next j 'Retrive the No_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 4 + j) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count For k = 0 To hyOperations.Item(i).AttachedProducts.Count - 1 'Retrive the Name_stream_out Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 5 + j + k)
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xlRange.Value = hyOperations.Item(i).AttachedProducts(k).Name Next k 'Retrive the No_tubes Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 5 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).NumberOfTubes 'Retrive the diameter_tubes [units - m] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 6 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeDiameterValue 'Retrive the tube_wall_thickness [units - m] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 7 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).TubeWallThicknessValue 'Retrive the diameter_particle [units - m] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 8 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).CatalystParticleDiameterValue 'Retrive the solid_density [units - kg/m3] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 9 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).CatalystSolidDensityValue 'Retrive the reaction_type Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 10 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).ReactionSet.Name 'Retrive the pressure_drop [units - kPa] Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 11 + j + k) xlRange.Value = hyOperations.Item(i).PressureDropValue 'End of tubular_reactor Set xlRange = xlSheet.Cells(i + 4 + no_LO_MS_ES_MX_TO_VA_EX_CO_PU_HET_COOL_HX_AC_LLE_FL_3PS_DIS_CSTR_CR_ER_GR, 12 + j + k) xlRange.Value = " @ " Next i 'End of loop of tubular_reactor 4. Fin de programa MsgBox "End of program" End Sub Private Sub CommandButton1_Click() UpdateStreamInfo End Sub
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Anexo 3Sistema de reglas de producción para el modelo teleológico
Con el sistema de reglas de producción se genera el modelo teleológico de los equipos y dispositivos de un proceso químico. Como se mencionó en la sección 4.3.1.2., el sistema realiza los siguientes pasos:
1. Identificación de la clase. Las Units/Meta-units estan divididas en 5 clases: reacción, separación, cambio de temperatura, cambio de presión y cambio de flujo.
2. Lectura de parámetros según la clase. Esta información esta especificada en la Tabla 3 según la clase y se utiliza para inferir la “hoja” correspondiente.
3. Inferencia o calculo de las “palabras clave”. Las “palabras clave” son un conjuntos de atributos que permiten especificar y generar el modelo teleológico.
Con base en los puntos anteriors, el presente Anexo esta organizado en 5 secciones:
A3.1. Estructuras de los árboles de decisiones para cada unas de las 5 clases.A3.2. Nomenclatura para leer el árbol de decisiones.A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.A3.5. Ejemplos de modelos teleológicos.
A3.1. Estructuras de los árboles de decisiones para cada unas de las 5 clases.
Una vez identificada la clase de una determinada Unit/Meta-unit se realiza una búsqueda de la hoja correspondiente en función de sus parámetros. La estructura básica se muestra en la Figura A3.1.
Figura A3.1. Arbol de decisiones para generar el modelo teleológico de Units/Meta-units.
Clase?
Reacción Separación Temperatura Presión Flujo
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Reacción1
R(C1,C2,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C4, C3)[X-R1-X]
R(C1,C18,C6,C3)[X- R2- R1-X]
R(C1,C6,C8,C3)[X- R2- R1-X]
T1<<T2
no
si
Output R2?
si
no
R(C1,C4, C3)[X-R1-R2-X]
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C9, C3)[X-R1-R2-X]
Input R2?
si
no
Output R3?
si
noT1 ≈ T2
no
siP1 ≈ P2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C9, C3)[X-R1-X]
P1 << P2
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
R(C1,C11,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C5,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C12,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C9,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C13,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C16,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C9,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C14,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C17,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C9,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C15,C3)[X-R2-R1-X]
P1 ≈ P2
no
siR(C1,C19,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C9,C3)[X-R2-R1-X]
1 2 3
P1 >> P2
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
A3-3
Departament d’Enginyeria Química
P1 << P2
no
siR(C1,C20,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C21,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C22,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C23,C3)[X-R2-R1-X]
P1 >> P2R(C1,C24,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C26,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C9,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C25,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C27,C7,C3)[X- R2- R1-X]
R(C1,C28,C7,C3)[X- R2- R1-X]
32
R(C1,C29,C7,C3)[X- R2- R1-X]
P1 ≈ P2
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C9,C3)[X-R2-R1-X]
T1 >> T2
P1 << P2
no
siR(C1,C30,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C31,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C32,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C33,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R2
no
si
P1 >> P2R(C1,C34,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C36,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C9,C3)[X-R2-R1-X]
R(C1,C35,C3)[X-R2-R1-X]
Is prod.MP in R2
no
si
1
1
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
A3-4
Departament d’Enginyeria Química
1
R(C1,C37,C3)[X-R2-R1-R3-X]
T2 ≈ T1 ≈ T3
no
si
P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C41,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C39,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C45,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
4
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siR(C1,C37,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C46,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C37,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C46,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
5
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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Departament d’Enginyeria Química
4
4
P2 >> P1
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3 P1 >> P3
no
si
5
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siP1 << P3
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C39,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C45,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C39,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C45,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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A3-6
Departament d’Enginyeria Química
4
T2 ≠ T1 ≈ T3
no
si
P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
6
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C48,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C51,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C52,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C53,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C54,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C56,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C48,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C48,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
8
T2 >> T1
no
si
7
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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A3-7
Departament d’Enginyeria Química
P2 >> P1
no
siR(C1,C51,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C52,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C53,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C54,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C56,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3 P1 >> P3
no
si
8
R(C1,C51,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C52,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C53,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
R(C1,C54,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C56,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
6 7
6 7
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
A3-8
Departament d’Enginyeria Química
R(C1,C57,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C59,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C60,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C63,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C65,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siR(C1,C57,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C59,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C57,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C59,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
9
T2 << T1
7
6
6
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
A3-9
Departament d’Enginyeria Química
P2 >> P1
no
siR(C1,C60,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C63,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C65,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3 P1 >> P3
no
si
9
R(C1,C60,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
R(C1,C63,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C65,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
6
6
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
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Departament d’Enginyeria Química
6
T2 ≈ T1 ≠T3
no
si
6
R(C1,C37,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C41,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C39,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C45,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siR(C1,C37,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C46,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C37,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C46,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
8
T1 >> T3
no
si
7
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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Departament d’Enginyeria Química
6 7
6 7
P2 >> P1
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3 P1 >> P3
no
si
8
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siP1 << P3
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C39,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C45,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C39,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C45,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
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T1 << T3
7
6
6
R(C1,C37,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C41,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C39,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C45,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siR(C1,C37,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C46,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C37,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C46,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C47,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
9
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
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6
6
P2 >> P1
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3 P1 >> P3
no
si
9
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siP1 << P3
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C39,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C45,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C38,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C42,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C43,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C39,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C44,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C45,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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6
T2 ≠ T1 ≠T3
P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
12
T2 >> T1
no
si
10
T1 >> T3
no
si
11
R(C1,C48,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C51,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C52,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C53,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C54,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C56,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C48,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C48,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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P2 >> P1
no
siR(C1,C51,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C52,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C53,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C54,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C56,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3
P1 >> P3
no
si
12
R(C1,C51,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C52,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C53,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
R(C1,C54,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C56,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
10 11
10 11
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
1310
T1 << T3R(C1,C48,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C51,C3)[X-R2-R1-R3-X]
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R(C1,C56,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C48,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C48,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C50,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C49,C3)[X-R2-R1-R3-X]
10 11
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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P2 >> P1
no
siR(C1,C51,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C52,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C53,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
siR(C1,C54,C3)
[X-R2-R1-R3-X]Is prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siR(C1,C56,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3
P1 >> P3
no
si
13
R(C1,C51,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C52,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C53,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
R(C1,C54,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
R(C1,C55,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C56,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
10
10
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
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Departament d’Enginyeria Química
P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
15
T2 << T1 T1 >> T3
no
si
14
10
R(C1,C57,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C59,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C60,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C63,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C65,C3)[X-R2-R1-R3-X]
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R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C57,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C59,C3)[X-R2-R1-R3-X]
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R(C1,C57,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C59,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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Departament d’Enginyeria Química
P2 >> P1
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3
P1 >> P3
no
si
15
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siP1 << P3
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
14
14
R(C1,C60,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
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R(C1,C65,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C60,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C63,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C65,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI METODOLOGÍA PARA EL RETROFIT DE PROCESOS QUÍMICOS BASADA EN UNA REPRESENTACIÓN JERÁRQUICA Antonio Rodríguez Martínez ISBN:978-84-693-4062-2/DL:T-1161-2010
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Departament d’Enginyeria Química
P2 >> P1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
Is prod.MP in R1
no
siP2 ≈ P1 ≈ P3
no
si
P2 ≠ P1 ≈ P3
no
si
P1 << P3
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P1 >> P3
P2 ≈ P1 ≠ P3
no
si
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T1 << T3R(C1,C57,C3)
[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C59,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C60,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C63,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C65,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C57,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C59,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C57,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C59,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C58,C3)[X-R2-R1-R3-X]
14
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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A3-21
Departament d’Enginyeria Química
P2 >> P1
no
siIs prod.
MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R2
no
siIs prod.
MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P2 << P1
P2 ≠ P1 ≠ P3
P1 >> P3
no
si
16
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
siP1 << P3
Is prod.MP in R2
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
Is prod.MP in R1
no
si
P1 << P3
no
si
P1 >> P3
R(C1,C60,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C63,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C65,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C60,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C61,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C62,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C63,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C64,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C65,C3)[X-R2-R1-R3-X]
R(C1,C40,C3)[X-R2-R1-R3-X]
Figura A3.1. Para Reacción (continuación).
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A3-22
Departament d’Enginyeria Química
Separación
S(C1,C6,C7)[X-R1-S-X]
S(C1,C2,C3)[X-S-X]
Output R1?
si
no
S(C1,C4,C5)[X-S-R1-X]
Input R1?
si
no
Output R2?
si
no
S(C1,C8,C5)[X-R1-S-R2-X]
S(C1,C9,C3)[X-R1-S-R1-X]
R1 = R2?
si
no
Reactorsin process?
si
noS(C1,C2,C3)
[X-S-X]
Figura A3.1. Para Separación y Temperatura (continuación).
Temperatua
Reactorsin process?
si
noT(C1,C2,C3)
[X-T-X]Sep. sys.
in process?
si
no
Input S1?
si
noOutput S1?
si
noT(C4,C5,C3)
[X-T-X]
Output S2?
si
noT(C4,C5,C3)[X-S1-T-X]
T(C6,C5,C3)[X-T-S1-X]
T(C4,C5,C3)[X-S1-T-S2-X]
T(C7,C5,C3)[X-T-X]
Sep. sys.in process?
si
noInput R1?
si
no
T(C9,C5,C3)[X-T-X]
T(C8,C5,C3)[X-T-R1-X]
Output R2?
si
no
Output R1?
si
no
T(C7,C5,C3)[X- R1- T - X]
T(C8,C5,C3)[X- R1 - T -R2-X]
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A3-23
Departament d’Enginyeria Química
Presión
Reactorsin process?
si
noP(C1,C2)[X-P-X]
Sep. sys.in process?
si
no
Input S1?
si
noOutput S1?
si
noP(C4,C2)[X-P-X]
Output S2?
si
noP(C4,,C6)[X-S1-P-X]
P(C5,C6)[X-P-S1-X]
P(C5,C6)[X-S1-P-S2-X]
P(C7,C6)[X-P-X]
Sep. sys.in process?
si
noInput R1?
si
no
P(C9,C6)[X-P-X]
P(C8,C6)[X-P-R1-X]
Output R2?
si
no
Output R1?
si
no
P(C7,C6)[X- R1- P - X]
P(C7,C6)[X- R1 - P -R2-X]
Temp. changein process?
si
no
P(C3,C2)[X-T-P-X]
Figura A3.1. Para Presión y Flujo (continuación).
Flujo
Ouputprocess?
no
si F(C1)[X-Mixer-O]
IsMixer?
no
si
F(C2)[X-Spliterer-O]
F(C3)[X-Mixer-X]
IsMixer?
no
si
F(C4)[X-Spliter-X]
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A3-24
Departament d’Enginyeria Química
LetrasR ReacciónS SeparaciónT TemperaturaP PresiónF FlujoMP Producto principalX Unit/Meta-unit con menor jerarquía que la Unit/Meta-unit en cuestion
Subíndices1 Se refiere a la Unit/Meta-unit en cuestion y sus propiedades2,3 Se refiere a la Unit/Meta-unit de entrada o salida y sus propiedades
Notas para Reacción.≈ Los valores de las variables estan dentro de un +/- 10%<< ó >> Los valores de las variables estan fuera de un +/- 10%
Símbolos
Interrogación sobre el modelo estructural o el valor de una variable de proceso
“Hoja” del árbol de decisiones. Esta compuesta de:FG - Funcion general de la Unit/Meta-unit en cuestionC1,C2,...,CN - Casos (templates) que aplican según se especifica en la
semántica de los modelos teleológicos (ver sección A3.3)X-FG-X - Ejemplo del modelo estructural resultante.
A3.2. Nomenclatura para leer el árbol de decisiones.
?
si
no
FG(C1,C2,...)[X-FG-X]
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A3-25
Departament d’Enginyeria Química
A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Reacción
Caso Descripción
1 Transform reactants into main products and by-products.2 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-
PRODUCT] (main-product) in [CONVERSION_R1] %.3 With temperature-outlet: [TEMPERATURE] º C and pressure-outlet:
[PRESSURE] kPa is achieved a conversion: [CONVERSION] % in [TYPE_PHASE] phase.
4 Transform [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) and [FAMILY_BY-PRODUCT] (by-product).
5 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with the same condition that the previous reactor.
6 Take place a second reaction at lower temperature than the previous reaction. The DeltaT between the reactors is [T2-T1] ºC.
7 Take place a second reaction at higher temperature than the previous reaction. The DeltaT between the reactors is [T1-T2] ºC.
8 Quenching the reaction to prevent damage the main product and/or catalyst.9 Produce the intermediate (NAME-by-product-intermediate) necessary in the
next reactor.10 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-
PRODUCT] (main-product) in [CONVERSION_R1] % by increment of temperature.
11 Take place a second reaction with the same temperature and pressure than the previous reactor.
12 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) with lower pressure than the previous reactor.
13 Take place a second reaction with the same temperature but at lower pressure than the previous reactor.
14 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) with the same temperature but higher pressure than the previous reactor.
15 Take place a second reaction with the same temperature but higher pressure than the previous reactor.
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A3-26
Departament d’Enginyeria Química
A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Reacción
Caso Descripción
16 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with the same temperature but lower pressure than the previous reactor.
17 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with the same temperature but higher pressure than the previous reactor.
18 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with the same pressure but lower temperature than the previous reactor.
19 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) with the same pressure but lower temperature than the previous reactor.
20 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) with lower temperature and pressure than the previous reactor.
21 Take place a second reaction with lower temperature and pressure than the previous reactor.
22 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with lower temperature and pressure than the previous reactor.
23 Produce the intermediate (NAME-by-product-intermediate) necessary in the next reactor with lower temperature and pressure than the previous reactor.
24 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) with lower temperature and higher pressure than the previous reactor.
25 Take place a second reaction at lower temperature and higher pressure than the previous reactor.
26 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with lower temperature but higher pressure than the previous reactor.
27 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with the same pressure but higher temperature than the previous reactor.
28 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) with the same pressure but higher temperature than the previous reactor.
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A3-27
Departament d’Enginyeria Química
A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Reacción
Caso Descripción
29 Take place a second reaction with the same pressure but higher temperature than the previous reactor and heating the reaction to prevent damage the main product and/or catalyst.
30 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) with higher temperature and lower pressure than the previous reactor.
31 Take place a second reaction with higher temperature and lower pressure than the previous reactor and heating the reaction to prevent damage the main product and/or catalyst.
32 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction at higher temperature and lower pressure than the previous reactor.
33 Produce the intermediate (NAME-by-product-intermediate) necessary in the next reactor with higher temperature and lower pressure than the previous reactor.
34 Increase conversion [FAMILY_REACTANT] (reactant(s)) into [FAMILY_MAIN-PRODUCT] (main-product) with higher temperature and pressure than the previous reactor.
35 Take place a second reaction with higher temperature and pressure than the previous reactor.
36 Produce main product (main-product) with a secondary reaction with higher temperature and pressure than the previous reactor.
37 Increase production of main product (main-product) in this second reactor in series with the same temperature and pressure than the previous reactor.
38 Increase production of main product (main-product) in this second reactor in series with the same temperature but lower pressure than the previous reactor.
39 Increase production of main product (main-product) in this second reactor in series with the same temperature but higher pressure than the previous reactor.
40 Produce the intermediate (NAME-by-product-intermediate) necessary in the next reactor in series.
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A3-28
Departament d’Enginyeria Química
A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Reacción
Caso Descripción
41 Produce main product (main-product) with a secondary reaction with the same temperature and pressure than the previous reactor in series.
42 Take place a second reaction with the same temperature but lower pressure than the previous reactor in series.
43 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with the same temperature but lower pressure than the previous reactor in series.
44 Take place a second reaction with the same temperature but higher pressure than the previous reactor in series.
45 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with the same temperature but higher pressure than the previous reactor in series.
46 Produce main product (main-product) with a secondary reaction with the same temperature and pressure than the previous reactor in series.
47 Take place a second reaction with the same temperature and pressure than the previous reactor in series.
48 Increase production of main product (main-product) in this second reactor in series with the same pressure but lower temperature than the previous reactor.
49 Take place a second reaction with the same pressure but lower temperature than the previous reactor in series.
50 Produce main product (main-product) with a secondary reaction with the same pressure but lower temperature than the previous reactor in series.
51 Increase production of main product (main-product) in this second reactor in series with lower temperature and pressure than the previous reactor.
52 Take place a second reaction with lower temperature and pressure than the previous reactor in series.
53 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with lower temperature and pressure than the previous reactor in series.
54 Increase production of main product (main-product) in this second reactor in series with lower temperature but higher pressure than the previous reactor.
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A3-29
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A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Reacción
Caso Descripción
55 Take place a second reaction with lower temperature but higher pressure than the previous reactor in series.
56 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with lower temperature but higher pressure than the previous reactor in series.
57 Increase production of main product (main-product) in this second reactorin series with the same pressure but higher temperature than the previous reactor.
58 Take place a second reaction with the same pressure but higher temperature than the previous reactor in series.
59 Produce main product (main-product) with a secondary reaction with the same pressure but higher temperature than the previous reactor in series.
60 Increase production of main product (main-product) in this second reactor in series with higher temperature but lower pressure than the previous reactor.
61 Take place a second reaction with higher temperature but lower pressure than the previous reactor in series.
62 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with higher temperature but lower pressure than the previous reactor in series.
63 Increase production of main product (main-product) in this second reactorin series with higher temperature and pressure than the previous reactor.
64 Take place a second reaction with higher temperature and pressure thanthe previous reactor in series.
65 Produce the main product (main-product) with a secondary reaction with higher temperature and pressure than the previous reactor in series.
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A3-30
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A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Separación
Caso Descripción
1 Separates and increases the concentration of chemical substances by means physico-chemical processes.
2 Separates the [SUBSTANCE-ROLE] ([substance.name])] by [TYPE-SEPARATION] from all chemical substances: [substance.name-substances].
3 Increases the concentration of [SUBSTANCE-ROLE] ([substance.name])] until [substance.mass_fraction] %mass.
4 Purifies by [TYPE-SEPARATION] the reactor feed.5 Increases the concentration of reactants ([reactant.name]) until
[reactants.mass_fraction] %mass.6 Separates and purifies the main product ([main-product.name]) of by-
products ([by-products.names]).by [TYPE-SEPARATION].
7 Separates and purifies the main product with a concentration of [main-product.mass_fraction] %mass.
8 Separates the products of reactants (by [TYPE-SEPARATION]) coming from reactor [reactor.input.name] as preparation before feed the reactor [reactor.output.name].
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A3-31
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A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Temperatura
Caso Tipo de equipo Descripción
1 Heater/Cooler/HE Change the temperature of material stream(s) as part of an energy integration system.
2 Heater Increase the temperature of [ROLE_INLET_STREAM] stream ([NAME-INLET-STREAM]).
Cooler Decrease the temperature of [ROLE_INLET_STREAM] stream ([NAME-INLET-STREAM]) .
HE Interchange energy between hot-stream [NAME-HOT-STREAM: ROLE_INLET_STREAM].and cold-stream [NAME-COLD-STREAM: ROLE_INLET_STREAM] to save energy.
3 Heater Increase the temperature (in [DELTA-TEMPERATURE] ºC) of [ROLE_INLET_STREAM] +[EFFECT-PHASE].
Cooler Decrease the temperature (in [DELTA-TEMPERATURE] ºC) of [ROLE_INLET_STREAM] +[EFFECT-PHASE].
HE Decrease the temperature of hot-stream (in [DELTA-TEMPERATURE] ºC) +[EFFECT-PHASE]. In another hand, increase the temperature of cold-stream (in [DELTA-TEMPERATURE] ºC) +[EFFECT-PHASE].
4 Heater/Cooler/HE Change the temperature of material stream(s) as part of separation system.
5 Heater Increase the temperature of [ROLE_INLET_STREAM] stream ([NAME-INLET-STREAM]) to provide the conditions required +[WHO-X-CONNECTED-TO-OUTPUT] (+[NAME-EQUIPMENT-CONNECTED-TO-OUTPUT])
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A3-32
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A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Temperatura
Caso Tipo de equipo Descripción
5 Cooler Decrease the temperature of [ROLE_INLET_STREAM] stream ([NAME-INLET-STREAM]) to provide the conditions required +[WHO-X-CONNECTED-TO-OUTPUT] (+[NAME-EQUIPMENT-CONNECTED-TO-OUTPUT]).
HE Increase the temperature of cold-stream [NAME-COLD-STREAM: ROLE_INLET_STREAM] to provide the conditions required [WHO-X-CONNECTED-TO-OUTPUT_COLD-STREAM] (+[NAME-EQUIPMENT-CONNECTED-TO-OUTPUT])
6 Heater/Cooler/HE Change the temperature of material stream(s) as part of separator feed preparation system.
7 Heater/Cooler/HE Change the temperature of material stream(s) as part of a reaction process without separation system.
8 Heater/Cooler/HE Change the temperature of material stream(s) as part of reactor feed preparation system.
9 Heater/Cooler/HE Change the temperature of material stream(s).
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A3-33
Departament d’Enginyeria Química
A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Presión
Caso Tipo de equipo Descripción
1 All Change the pressure of material streams as part of a materials transport system.
2 Compressor/Pump Increase the pressure in [DELTA-PRESSURE] kPa and transport the [TYPE-ROLE_INLET-STREAM] in [TYPE-PHASE] phase to [NAME-EQUIPMENT-OUTPUT].
Expander/Valve Decrease the pressure of [TYPE-ROLE_INLET-STREAM] stream coming from [NAME-EQUIPMENT-INTPUT].
3 All Change the pressure of material stream(s) as part of an energy integration system.
4 All Change the pressure of material stream(s) as part of separation system.
5 All Change the pressure of material stream(s) as part of separator feed preparation system.
6 Compressor/Pump Increase the pressure in [DELTA-PRESSURE] kPa of [TYPE-ROLE_INLET_STREAM] stream name/phase: [NAME-INLET-STREAM]/[TYPE-PHASE]) to provide the conditions required +[WHO-X-CONNECTED-TO-OUTPUT] (+[NAME-EQUIPMENT-CONNECTED-TO-OUTPUT])
Expander/Valve Decrease the pressure in [DELTA-PRESSURE] kPa of [TYPE-ROLE_INLET_STREAM] stream (name/phase:[NAME-INLET-STREAM]/[TYPE-PHASE]) to provide the conditions required +[WHO-X-CONNECTED-TO-OUTPUT] (+[NAME-EQUIPMENT-CONNECTED-TO-OUTPUT]).
7 All Change the pressure of material stream(s) as part of a reaction process without separation systems.
8 All Change the pressure of material stream(s) as part of reactor feed preparation system.
9 All Change the pressure of material stream(s)
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A3-34
Departament d’Enginyeria Química
A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Flujo
Caso Tipo de equipo Descripción
1 Mixer 1.1 Combines two or more inlet streams to produce a single outlet stream.
1.2 Combines [NUMBER_INPUT_STREAM] whit the role(s): [LIST_ROLE_INPUT-STREAM] into a single outlet process stream.
1.3 Combines [NUMBER_INPUT_STREAM] ( [LIST_NAME_INLET-STREAM] ) whit the mass flow: [MASS-FLOW-STREAM] (kg/h) into a single outlet process stream ([LIST_NAME_OUTLET-STREAM] )
2 Spliter 2.1 Divides inlet stream into multiple streams with the same conditions and composition as the inlet stream.
2.2 Divides the inlet [LIST_ROLE_INPUT-STREAM] stream into [NUMBER_INPUT_STREAM] outlet streams before sending to outlet process.
2.3 Divides mass flow ( [MASS-FLOW-STREAM] (kg/h) of inlet stream ( [LIST_NAME_INLET-STREAM]) into proportion: [LIST_QUOTIENT-MASS-FLOW] % of [LIST_NAME_OUTLET-STREAM] respectively before sending to outlet process.
3 Mixer 3.1 Combines two or more inlet streams to produce a single outlet strea.
3.2 Combines [NUMBER_INPUT_STREAM] whit the role(s): [LIST_ROLE_INPUT-STREAM] into a single outlet stream as preparation to [NEXT_STEP] step.
3.3 Combines [NUMBER_INPUT_STREAM] streams ([LIST_NAME_INLET-STREAM]) whit the mass flow: [MASS-FLOW-STREAM] (kg/h) into a single outlet process stream ([LIST_NAME_OUTLET-STREAM]) as preparation to [NEXT_STEP] step
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A3-35
Departament d’Enginyeria Química
A3.3. Semántica de los modelos teleológicos para cada una de las 5 clases.
Flujo
Caso Tipo de equipo Descripción
4 Spliter 4.1 Divides inlet stream into multiple streams with the same conditions and composition as the inlet stream.
4.2 Divides the inlet [LIST_ROLE_INPUT-STREAM] stream into [NUMBER_INPUT_STREAM] outlet streams as preparation to [NEXT_STEP] step.
4.3 Divides mass flow ( [MASS-FLOW-STREAM] (kg/h) of inlet stream ( [LIST_NAME_INLET-STREAM] ) into proportion: [LIST_QUOTIENT-MASS-FLOW] % of [LIST_NAME_OUTLET-STREAM] respectively aspreparation to [NEXT_STEP] step
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A3-36
Departament d’Enginyeria Química
Reacción
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Palabra clave
[FAMILY_REACTANT]
Descripción
Familia a la que pertenece el o los reactivos (REACTANT). Buscar en el archivo:Classification-Substance.xlshoja DB
Como inferirlo
Buscar el nombre de la substancia en cuestión en la primer columna y asignarle el string de la segunda columna a keyword. Ejemplo:Si Reactant = MethaneEntonces [FAMILY_REACTANT] =Alkane
[FAMILY_MAIN_PRODUCT] Familia a la que pertenece una especie química. Buscar en el archivo:Classification-Substance.xlshoja DB
Lo mismo que [FAMILY_REACTANT] pero ahora para el “main-product”Ejemplo:Si MAIN_PRODUCT = AmmoniaEntonces [FAMILY_MAIN_PRODUCT] =NitrogenCompound
[FAMILY_BY_PRODUCT] Familia a la que pertenece una especie química. Buscar en el archivo:Classification-Substance.xlshoja DB
Lo mismo que [FAMILY_REACTANT] pero ahora para el “BY-PRODUCT”Ejemplo:Si BY_PRODUCT = AnilineEntonces [FAMILY_BY_PRODUCT] =Amine
[LIST_MAIN_PRODUCTS] Es el nombre o los nombres de las especies químicas identificadas por el usuario como “MAIN_PRODUCTS”
Ver la lista de “definiciones” de roles por parte del usuario. El usuario identifica de las especies químicas presentes en el proceso el o los “Main-Product”
[CONVERSION] Es el cociente entre la masa del reactivo que se consume en un reactor y la cantidad que se alimenta multiplicado por 100
Ver ec. A3.4.1.
[LIST_REACTANTS] Es el nombre o los nombres de las especies químicas identificadas por el usuario como “REACTANTS”
Ver la lista de “definiciones” de roles por parte del usuario. El usuario identifica de las especies químicas presentes en el proceso el o los “Reactants”
[TEMPERATURE_OUTLET] Es la temperatura de la corriente de salida del reactor
Ver el “stream” conectado a la salida del reactor y asignarle el valor de la TEMPERATURA del stream
[PRESSURE_OUTLET] Es la presión de la corriente de salida del reactor
Ver el “stream” conectado a la salida del reactor y asignarle el valor de la PRESION del stream
[TYPE_PHASE] Es el estado físico de la materia: sólido, liquido o gaseoso
Con ayuda del “FRACTION-VAPOUR”determinar la fase:Si FV = 0 Entonces “Liquid”Si FV entre 0 y 1 Entonces “Vapour”Si FV = 1 Entonces “Gaseous
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A3-37
Departament d’Enginyeria Química
Reacción
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Palabra clave
[DELTA_T2_-_DELTA_T1]
Descripción
Es la diferencia de temperatura entre el reactor 1 y 2
Como inferirlo
Asignar el valor de la diferencia de la temperatura de los stream de salida del reactor 2 menos la temperatura del stream de salida del reactor 1[DELTA...] = Treactor 2 – Treactor1
[DELTA_T1_-_DELTA_T2] Lo mismo que el caso anterior pero invirtiendo el orden de las temperaturas
Asignar el valor de la diferencia de la temperatura de los stream de salida del reactor 2 menos la temperatura del stream de salida del reactor 1[DELTA...] = Treactor 1 – Treactor2
[NAME_BY_PRODUCT_INTERMEDIATE]
Es la substancia que el usuario a identificado como “Product Intermediate”
Asignar el nombre de la substancia que el usuario a identificado como producto intermedio (Product Intermediate)
Cálculo de la conversión de un reactivo i en un reactor:
Conversión i = 1 -[mass_fraction|i * mass_flow]output
[mass_fraction|i * mass_flow]input
* 100 Ec. (A3.4.1)
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A3-38
Departament d’Enginyeria Química
Separación
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Palabra clave
[SUSTANCE_ROLE]
Descripción
Es el “rol” del stream que se le asigna en función de la concentración de la substancia con mayor concentración.
Como inferirlo
Determinar la substancia con mayor “mass-fraction” en el stream y asignar los campos según Tabla A3.4.1.
[NAME_SUSTANCE] Es el nombre de la substancia con mayor “mass-fraction” en el stream y que por ende le da el nombre al campo [SUSTANCE_ROLE]
Una vez se haya determinado la substancia con mayor “mass-fraction”asignar el nombre de ésta al keyword
[TYPE_SEPARATION] Es el tipo de sistema de separación
Los equipos de separación tienen ya una etiqueta del tipo de separación. Los posibles campos son:Flash, Distillation, Absorption, Stripping, Extractive distillatio, Azeotropic distillation,Liquid-Liquid extraction, Crystallization,Adsorptio, Membranes, Leachin, Drying.
[LIST_SUBSTANCES] Es el nombre de la o las substancia que se separan de [NAME_SUSTANCE]
Una vez determinada [NAME_SUSTANCE] el keyword [LIST_SUBSTANCE] será la lista de los nombres de las demás substancias. Por ejemplo, si se tiene un stream con las substancias A,B y C, y [NAME_SUSTANCE] es B, entonces [LIST_SUBSTANCE] será A,CNOTA: Si el “mass-fraction” de una substancia es 0 (cero), ésta substancia no formara parte de la lista.
[LIST_REACTANTS] Es el nombre o los nombres de las especies químicas identificadas por el usuario como “REACTANTS”
Ver la lista de “definiciones” de roles por parte del usuario. El usuario identifica las substancias presentes en el proceso el o los “Reactants”
[LIST_MAIN_PRODUCTS] Es el nombre o los nombres de las especies químicas identificadas por el usuario como “MAIN_PRODUCTS”
Ver la lista de “definiciones” de roles por parte del usuario. El usuario identifica las especies químicas presentes en el proceso el o los “MAIN_PRODUCTS”
[LIST_BY_PRODUCTS] Es el nombre o los nombres de las especies químicas identificadas por el usuario como “BY_PRODUCTS”
Ver la lista de “definiciones” de roles por parte del usuario. El usuario identifica las especies químicas presentes en el proceso el o los “BY _PRODUCTS”
[NAME_INPUT_REACTOR] Es el nombre del reactor o reactores que se encuentra conectado(s) a la entrada del sistema de separación
Ver el o los reactores conectados a la entrada del sistema de separación.Tomar los nombres del o los reactores y asignarlos al keyword
[NAME_OUTPUT_REACTOR] Es el nombre del reactor o reactores que se encuentra conectado(s) a la salida del sistema de separación
Ver el o los reactores conectados a la salida del sistema de separación.Tomar los nombres del o los reactores y asignarlos al keyword
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A3-39
Departament d’Enginyeria Química
Separación
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Palabra clave
[CONCENTRATION]
Descripción
Es la concentración en porciento masa (%mass) de una substancia. En este caso es la substancia que le da nombre:
[NAME_SUSTANCE] en el caso 2, [LIST_REACTANTS] en el caso 5[LIST_MAIN_PRODUCT] en el caso 7.
En general en los sistemas de Separación hay mas de un stream de salida. Aquí se deben considerar todos los stream de salida para determinar el que tiene mayor concentración de la substancia que se desea separar.
Como inferirlo
1. Determinar cual es el caso que se va a aplicar:
Caso 2Caso 5Caso 7
2. Determinar los stream de salida del sistema de separación.3. En función del caso a aplicar determinar cual será la substancia a buscar.* Caso 2 debe ser la que le de nombre a [NAME_SUSTANCE]* Caso 5 es la substancia identificada como “Reactants”* Caso 7 es la substancia identificada como “Main product”4. Una vez identificada la substancia, determinar por comparación con todos los stream en cual se tiene el mayor “mass-fraction” de la substancia en cuestión.5. Multiplicar por 100 el “mass-fraction”resultante del punto 4.6. Asignar el valor del punto 3 al keyword [CONCENTRATION]
[SUSTANCE_ROLE] Condición que se debe cumplirraw material all input streams in case there are not reactorutility input streams for combustion, i.e. air, oil, fuel oil, fuel gas, natural gas.
input streams for heat, i.e. Low (3-5 bar)/medium(10-15 bar)/high(40-50bar) pressure steaminput stream for cool, i.e. Cooling water (from cooling tower), river water,refrigerated waterinput energy stream, i.e. Electric heat (specify 220,440, 660 V service)
reactants all the streams before they are fed the reactorproducts all the exit streams of the reactormain product high concentration of main productby-product high concentration of by-product(s)recycle gaseous reactants plus inert gas and/or gaseous by-products
high concentration of reactantsreversible by-products
vent all gaseous by-products and feed impuritiesFuel by-products to fuelwaste by-products to waste treatmentsolvent high concentration of solvent
Tabla A3.4.1. Asignación del “rol” de una corriente de proceso [SUSTANCE_ROLE].
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A3-40
Departament d’Enginyeria Química
Temperatura
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Palabra clave
[ROLE_INLET_STREAM]
Descripción
Es el “rol” del stream de entrada que se le asigna en función de la substancia con mayor concentración.NOTA:1. Para el caso del HE habráque determinar 2 [ROLE_INLET_STREAM]: uno para la hot-stream y otro para la cold-stream.2. Es equivalente al keyword [SUSTANCE_ROLE] de los sistemas separación.
Como inferirlo
Determinar la substancia con mayor “mass-fraction” en el stream de entrada y asignar los campos según Tabla A3.4.2.NOTA.En el caso del HE deben determinarse para la hot-stream y para la cold-stream.
[NAME_INLET_STREAM] Es el nombre del stream de entrada al Heater o Cooler
1. Determinar el stream de entrada al Heater o Cooler.2. Asignar el nombre del stream al keywordNOTA:Solo aplica para Heater y Cooler.
[EFFECT_PHASE]] Es el cambio físico que provoca un equipo de cambio de temperatura en un stream.
1. Determinar los stream de entrada y salida de los equipos de cambio de temperatura.NOTA:En el caso de Heater y Cooler solo hay una de entrada y una de salida. Para el caso de HE hay dos de entrada y dos de salida. El de mayor temperatura de entrada se identifica como “hot-stream” y el de menor como “cold-stream”2. Con el dato de “FractionVapour” de los stream de entrada y salida aplicar los criterios de la Tabla A3.4.2. para determinar el campo [OBJECTIVE-TEMP].3. En función del [OBJECTIVE TEMP] se determina el texto que debe tener [EFFECT-PHASE] como se muestra en la Tabla A3.4.3.4. En la Tabla A3.4.3 los keyword [INPUT-TYPE-PHASE] y [OUTPUT-TYPE-PHASE]son la fase del stream de entrada y la fase del stream de salida respectivamente. Se evalúan en función del FractionVapour de los stream. NOTA:Si FV = 0 entonces TYPE-PHASE es “liquid”Si FV entre 0 y 1 entonces TYPE-PHASE es “vapour”Si FV = 1 entonces TYPE-PHASE es “lgaseous”
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A3-41
Departament d’Enginyeria Química
Temperatura
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Palabra clave
[WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT]
Descripción
Es el o los equipos que están conectados a la salida del equipo.NOTA:Aplica solo para Heater y Cooler
Como inferirlo
1. Determinar la función principal de los equipos conectados a la salida del equipo. Asignarlos a una variable XNOTA:Por ejemplo si hay 3 equipos y dos de ellos tienen la misma función principal, X solo tendrá el valor de 2. Así si hay 2 reactores y un separador, X será R,S.Si hay otro caso donde haya 1 reactor, 1 separador, 1 de cambio de temperatura, entonces, X será R,S,T2. Con el valor de X buscar el texto correspondiente en la Tabla A3.4.4 y asignárselo al keyword.
[WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT_COLD_STREAM]
Es el mismo caso del keyword anterior pero para el HE.
1. Determinar la función principal de los equipos conectados a la salida del HE pero a la cold-stream. Asignarlos a una variable XNOTA:Por ejemplo si hay 3 equipos y dos de ellos tienen la misma función principal, X solo tendrá el valor de 2. Así si hay 2 reactores y un separador, X será R,S.Si hay otro caso donde haya 1 reactor, 1 separador, 1 de cambio de temperatura, entonces, X será R,S,T2. Con el valor de X buscar el texto correspondiente en la Tabla A3.4.4. y asignárselo al keyword.
[DELTA_TEMPERATURE] Es la diferencia de temperatura entre el stream de entrada y el de salida para el caso del Heater y Cooler. Para el caso del HE es la diferencia de temperatura entre la entrada y salida del hot-stream por un lado, y la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del cold-stream.
1. Determinar los stream de entrada y salida del Heater y Cooler.2. Para Heater y Cooler:
Toutput – TinputPara HE:(Toutput –Tinput) del hot-stream(Toutput –Tinput) del cold-stream
[NAME_EQUIPMENT_OUTPUT]
Es el nombre del o los equipos conectados a las salida del equipo de cambio de temperatura. Se presentan dos posibilidades:a. Para Heater y Coolerson los equipos conectados a la salida. b. Para HEson los equipos conectados a la “cold-stream”
Para Heater y Cooler:Ver los equipos de los equipos conectados a las salida y traer los nombres.Para HE:Ver los equipos conectados a la salida del “cold-stream”
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A3-42
Departament d’Enginyeria Química
Temperatura
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Palabra clave
[NAME_HOT_STREAM: ROLE_INLET_STREAM]
Descripción
Es el nombre y el “rol” del stream identificado como ”hot-stream”
NOTA:Solo aplica para HE
Como inferirlo
1. Identificar la “hot-stream”2. Buscar el nombre del hot-stream. El nombre asignarlo al keyword NAME_COLD_STREAM3. Con ayuda de los mass-fraction de las substancias de entrada identificar el “rol”del stream. Ver Tabla A3.4.1.
[NAME_COLD_STREAM: ROLE_INLET_STREAM]
Es el nombre y el “rol” del stream identificado como ”cold-stream”
NOTA:Solo aplica para HE
1. Identificar la “cold-stream”2 .Buscar el nombre del cold-stream. El nombre asignarlo al keyword NAME_COLD_STREAMCon ayuda de los mass-fraction de las substancias de entrada identificar el “rol”del stream. Ver Tabla A3.4.1.
Tabla A3.4.2. Determinación del keyword [OBJECTIVE-TEMP] en función del “FractionVapour” de las corrientes de proceso.
[OBJECTIVE-TEMP] CONDITIONvaporize totally Si FVinput < 1 y FVoutput = 1vaporize Si FVinput < 1 y 0 < FVoutput < 1 y FVinput < Fvoutput
1) Si FVinput = 0 y FVoutput = 0 y Tinput < Toutput ó2) Si 0 < FVinput < 1 y 0 < FVoutput < 1 y FVinput < Fvoutput y Tinput <Toutput ó
Heat
3) Si FVinput = 1 y FVoutput = 1 y Tinput < Toutputcondense totally Si FVinput > 0 y FVoutput = 0condense Si FVinput > 0 y 0 < FVoutput < 1 y FVinput > Fvoutput
1) Si FVinput = 0 y FVoutput = 0 y Tinput > Toutput ó2) Si 0 < FVinput < 1 y 0 < FVoutput < 1 y FVinput > Fvoutput y Tinput >Toutpu ó
cool
3) Si FVinput = 1 y Fvoutput = 1 y Tinput > ToutputFVinput Fracción Vaporizada de la corriente de ENTRADAFVoutput Fracción Vaporizada de la corriente de SALIDATinput Temperatura de la corriente de ENTRADAToutput Temperatura de la corriente de SALIDA
If [OBJECTIVE-TEMP] Then [EFFECT-PHASE] is:vaporize totally and produce a stream phase change ([INPUT-TYPE-PHASE] to
[OUTPUT-TYPE-PHASE])vaporize and vaporize partially the streamheat and heat the streamcondense totally and produce a stream phase change ([INPUT-TYPE-PHASE] to
[OUTPUT-TYPE-PHASE])condense and condense partially the streamcool and cool the stream
Tabla A3.4.3. Determinación del keyword [EFFECT-PHASE] en función de [OBJECTIVE-TEMP].
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A3-43
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Temperatura
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Tabla A3.4.4. Determinación del keyword [WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT] en función de las funciones principales de los equipos de la salida para temperatura.
Valor de X Valor del keyword [WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT]If X = R for reaction systemIf X = S for separation systemIf X = T for the next temperature stepIf X = P for the pressure stepIf X = F for flow stepIf X = O for its output of processIf X = R,S for reaction and separation systemsIf X = R,T for reaction systemIf X = R,P for reaction systemIf X = R,F for reaction systemIf X = R,O for reaction systemIf X = S,T for separation systemIf X = S,P for separation systemIf X = S,F for separation systemIf X = S,O for separation systemIf X = T,P for the next temperature stepIf X = T,F for the next temperature stepIf X = T,O for the next temperature step and its output of processIf X = P,F for the pressure stepIf X = P,O for the pressure step and its output of processIf X = F,O for its output of processIf X = R,S,T for reaction and separation systemsIf X = R,S,P for reaction and separation systemsIf X = R,S,F for reaction and separation systemsIf X = R,S,O for reaction and separation systemsIf X = R,T,P for reaction systemIf X = R,T,F for reaction systemIf X = R,T,O for reaction systemIf X = R,P,F for reaction systemIf X = R,P,O for reaction systemIf X = R,F,O for reaction systemIf X = S,T,P for separation systemIf X = S,T,F for separation systemIf X = S,T,O for separation systemIf X = S,P,F for separation systemIf X = S,P,O for separation systemIf X = S,F,O for separation systemIf X = T,P,F for the next temperature and pressure stepsIf X = T,P,O for the next temperature and pressure steps and its output of processIf X = T,F,O for the next temperature step and its output of processIf X = P,F,O for the pressure step and its output of processIf X = R,S,T,P for reaction and separation systemsIf X = R,S,T,F for reaction and separation systemsIf X = R,S,T,O for reaction and separation systemsIf X = S,T,P,F for separation systemIf X = S,T,P,O for separation systemIf X = T,P,F,O for the next temperature and pressure steps and its output of processIf X = R,S,T,P,F for reaction and separation systemsIf X = R,S,T,P,O for reaction and separation systemsIf X = S,T,P,F,O for separation systemIf X = R,S,T,P,F,O for reaction and separation systems
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A3-44
Departament d’Enginyeria Química
Presión
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Palabra clave
[TYPE_PHASE]
Descripción
Es el estado físico de la materia: sólido, liquido o gaseoso
Como inferirlo
Con ayuda del “FRACTION-VAPOUR”determinar la fase del stream de entrada:
Si FV = 0 Entonces “Liquid”Si FV entre 0 y 1 Entonces “Vapour”Si FP = 1 Entonces “Gaseous”
[ROLE_INLET_STREAM] Es el “rol” del stream de entrada que se le asigna en función de la substancia con mayor concentración.
Determinar la substancia con mayor “mass-fraction” en el stream de entrada y asignar los campos según Tabla A3.4.1.
[WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT]
Es el o los equipos que están conectados a la salida del equipo.
1. Determinar la función principal de los equipos conectados a la salida del equipo. Asignarlos a una variable XNOTA:Por ejemplo si hay 3 equipos y dos de ellos tienen la misma función principal, X solo tendrá el valor de 2. Así si hay 2 reactores y un separador, X será R,S.Si hay otro caso donde haya 1 reactor, 1 separador, 1 de cambio de temperatura, entonces, X será R,S,T2. Con el valor de X buscar el texto correspondiente en la Tabla A3.4.1 y asignárselo al keyword.
[DELTA_PRESSURE] Es la diferencia de presión entre el stream de salida menos el de entrada
1. Ver el stream de entrada al equipo de presión y obtener el valor de la presión (este valor será Pinput)2. Ver el stream de salida del equipo de presión y obtener el valor de la presión (este valor será Poutput)3. Calcular la diferencia:
Poutput - PinputY asignárselo al keyword
[NAME_EQUIPMENT_INPUT] Es el nombre del equipo que esta conectado a la entrada del equipo de presión.
1. Identificar el equipo que esta conectado a la entrada del equipo de presión.2. Asignar el nombre del equipo al keyword
[NAME_EQUIPMENT_OUTPUT]
Es el nombre del equipo que esta conectado a la salida del equipo de presión.
1. Identificar el equipo que esta conectado a la salida del equipo de presión.2. Asignar el nombre del equipo al keyword
[NAME_INLET_STREAM] Es el nombre del stream que esta conectado a la entrada del equipo de presión.
1. Identificar el stream que esta conectado a la entrada del equipo de presión.2. Asignar el nombre del equipo al keyword
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A3-45
Departament d’Enginyeria Química
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Presión
Tabla A3.4.5. Determinación del keyword [WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT] en función de las funciones principales de los equipos de la salida para presión.
Valor de X Valor del keyword [WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT]If X = R for reaction systemIf X = S for separation systemIf X = T for temperature change stepIf X = P for the next pressure stepIf X = F for flow change stepIf X = O for its output of processIf X = R,S for reaction and separation systemsIf X = R,T for reaction systemIf X = R,P for reaction systemIf X = R,F for reaction systemIf X = R,O for reaction systemIf X = S,T for separation systemIf X = S,P for separation systemIf X = S,F for separation systemIf X = S,O for separation systemIf X = T,P for temperature change stepIf X = T,F for temperature change stepIf X = T,O for temperature change step and its output of processIf X = P,F for the next pressure stepIf X = P,O for the next pressure step and its output of processIf X = F,O for its output of processIf X = R,S,T for reaction and separation systemsIf X = R,S,P for reaction and separation systemsIf X = R,S,F for reaction and separation systemsIf X = R,S,O for reaction and separation systemsIf X = R,T,P for reaction systemIf X = R,T,F for reaction systemIf X = R,T,O for reaction systemIf X = R,P,F for reaction systemIf X = R,P,O for reaction systemIf X = R,F,O for reaction systemIf X = S,T,P for separation systemIf X = S,T,F for separation systemIf X = S,T,O for separation systemIf X = S,P,F for separation systemIf X = S,P,O for separation systemIf X = S,F,O for separation systemIf X = T,P,F for temperature change and pressure stepsIf X = T,P,O for temperature change and pressure steps and its output of processIf X = T,F,O for temperature change step and its output of processIf X = P,F,O for the next pressure change step and its output of processIf X = R,S,T,P for reaction and separation systemsIf X = R,S,T,F for reaction and separation systemsIf X = R,S,T,O for reaction and separation systemsIf X = S,T,P,F for separation systemIf X = S,T,P,O for separation systemIf X = T,P,F,O for temperature change and pressure steps and its output of processIf X = R,S,T,P,F for reaction and separation systemsIf X = R,S,T,P,O for reaction and separation systemsIf X = S,T,P,F,O for separation systemIf X = R,S,T,P,F,O for reaction and separation systems
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A3-46
Departament d’Enginyeria Química
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Flujo
Palabra clave
[NUMBER_INLET_STREAM]
Descripción
Es el número de streams de entrada al Mixer
Como inferirlo
1. Determinar el número de stream que entran a un Mixer2. Asignar el número al keyword
[LIST_ROLE_INLET_STREAM] Es el “rol” de los streams de entrada al Mixer. Este “rol”se asigna en función de la substancia con mayor concentración en cada stream.
1. Determinar la substancia con mayor “mass-fraction” en cada uno de los stream de entrada al Mixer y asignar los campos según Tabla A3.4.1.2. Con estos “roles” se forma una lista para todos los stream de entrada.NOTA:Si hay 3 streams de entrada y dos de ellos tienen el mismo “rol”, entonces el keyword solo tendra 2 roles. Por ejemplo, si entran 3 stream con los roles:Main-product, solvent y by-product, el keyword será:Main-product, solvent, product
[LIST_QUOTIENT_MASS_FLOW]
Es la proporción en que se divide el mass-flow de un stream de entrada a un Spliter.
1. Identificar el número de streams de salida del Spliter.2. Identificar el mass-flow de cada uno de los streams de salida3. Dividir el mass-flow de cada uno de los streams de salida entre el mass-flow del stream de entrada y multiplicarlo por 100.4. El keyword sera una lista con los valores de los cocientes de cada uno de los streams de salidaNOTA:Ejemplo. Si hay un stream de entrada al Spliter con un mass-flow de 10 kg/h y hay 2 streams de salida con un mass-flow de 3 y 7 kg/h respectivamente, el keyword será:Aplicando los pasos descritos anteriormente1. No. de stream de salida: 2. 3, 73. (3/10)*100, (7/10)*1004. 30, 70
[LIST_NAME_INLET_STREAM] Es el nombre de los streams de entrada.
1. Identificar el número de streams conectados a la entrada del dispositivo en cuestión.2. Asignar el nombre de los streams conectados a la entrada del dispositivo en cuestión y generar una lista.
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A3-47
Departament d’Enginyeria Química
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Flujo
Palabra clave
[MASS_FLOW_INLET_STREAM]
Descripción
Es el flujo másico (mass-flow) de el o los stream(s) de entrada al dispositivo de flujo
Como inferirlo
1. Identificar el número de streams conectados a la entrada del dispositivo en cuestión.2. Asignar el mass-flow de cada uno de los stream(s) conectados a la entrada del dispositivo en cuestión y generar una lista.
[NEXT_STEP] Es el o los sistemas que estan conectados a la salida del dispositivo en cuestion
1. Determinar la función principal de los equipos conectados a la salida del equipo. 2. Asignarlos a una variable XNOTA:Por ejemplo si hay 3 equipos y dos de ellos tienen la misma función principal, X solo tendrá el valor de 2. Así si hay 2 reactores y un separador, X será R,S.Si hay otro caso donde haya 1 reactor, 1 separador, 1 de cambio de temperatura, entonces, X será R,S,T
2. Con el valor de X buscar el texto correspondiente en la Tabla A3.4.6. y asignárselo al keyword.
[LIST_NAME_OUTLET_STREAM]
Es el nombre de los streams de salida.
1. Identificar el número de streams conectados a la salida del dispositivo en cuestión.2. Asignar el nombre de los streams conectados a la salida del dispositivo en cuestión y generar una lista.
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A3-48
Departament d’Enginyeria Química
A3.4. Definición y explicación de cómo inferir o calcular las “palabras clave”.
Flujo
Tabla A3.4.6. Determinación del keyword [WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT] en función de las funciones principales de los equipos de la salida para flujo.
Valor de X Valor del keyword [WHO_X_CONNECTED_TO_OUTPUT]If X = R reaction systemIf X = S separation systemIf X = T temperature changeIf X = P the next pressureIf X = F flow changeIf X = O its output of processIf X = R,S reaction and separation systemsIf X = R,T reaction systemIf X = R,P reaction systemIf X = R,F reaction systemIf X = R,O reaction systemIf X = S,T separation systemIf X = S,P separation systemIf X = S,F separation systemIf X = S,O separation systemIf X = T,P temperature changeIf X = T,F temperature changeIf X = T,O temperature change and its output of processIf X = P,F the next pressureIf X = P,O the next pressure and its output of processIf X = F,O its output of processIf X = R,S,T reaction and separation systemsIf X = R,S,P reaction and separation systemsIf X = R,S,F reaction and separation systemsIf X = R,S,O reaction and separation systemsIf X = R,T,P reaction systemIf X = R,T,F reaction systemIf X = R,T,O reaction systemIf X = R,P,F reaction systemIf X = R,P,O reaction systemIf X = R,F,O reaction systemIf X = S,T,P separation systemIf X = S,T,F separation systemIf X = S,T,O separation systemIf X = S,P,F separation systemIf X = S,P,O separation systemIf X = S,F,O separation systemIf X = T,P,F temperature change and pressure sIf X = T,P,O temperature change and pressure s and its output of processIf X = T,F,O temperature change and its output of processIf X = P,F,O the next pressure change and its output of processIf X = R,S,T,P reaction and separation systemsIf X = R,S,T,F reaction and separation systemsIf X = R,S,T,O reaction and separation systemsIf X = S,T,P,F separation systemIf X = S,T,P,O separation systemIf X = T,P,F,O temperature change and pressure s and its output of processIf X = R,S,T,P,F reaction and separation systemsIf X = R,S,T,P,O reaction and separation systemsIf X = S,T,P,F,O separation systemIf X = R,S,T,P,F,O reaction and separation systems
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A3.5. Ejemplos de modelos teleológicos.
Reacción
Para el PFR-100:
Modelo estructural: TE-104 - RPRF-100 - FMIX-101
Especies químicas: N2,H2 (reactivos) y NH3 (producto principal)
C1 Transform reactants into main products and by-productsC4 Transform N2,H2 (reactant(s)) into NH3 (main-product).C3 With temperature-outlet: 393.1 º C and pressure-outlet: 1.49e04 kPa is
achieved a conversion: 22.19% in gaseous phase
Nota: No hay R a la entrada o salida
La hoja a la que se llega es: R(C1,C4, C3)[X-R1-X]
Ejemplo 1. Dado el siguiente diagrama de flujo de proceso para la producción de Amoniaco de la Figura A3.4.2., se desea conocer el modelo teleológico del reactor PFR-100.
Figura A3.4.2. Representación del nivel de abstracción 0 del proceso de Amoniaco.
Datos del proceso (AHA!):T1 = 393.1 ºC P1 = 1.497e04 kPaConversión: 22.19
El modelo teleológico para el PFR-100 con base en la información del proceso y la hoja sería:
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Para la Meta-unit “MU2-1-reaction”:Modelo estructural: (RMU1-reaction & PVLV-101) - RMU2-1-reaction - TMU3-1-tmp_change
NOTA: R tiene dos entradas (MU de reaccion y Unit Válvula) y 1 salida (MU de Temperatura)
Especies químicas: N2,H2 (reactivos) y NH3 (producto principal)
C1 Transform reactants into main products and by-productsC2 Increase conversion N2,H2 (reactant(s)) into NH3 (main-product) in 2.07e-02 % C3 With temperature-outlet: 393.1 º C and pressure-outlet: 1.49e04 kPa is achieved a
conversion: 2.07e-02 % in gaseous phase
Datos del proceso AHA!:T1 = 393.1 ºC T2 = 393.1 ºCP1 = 1.497e04 kPa P2 = 1.496e04 kPaSe prod. MP in R2? : SiSe prod. MP in R1? : SiConversión: 2.07e-02
R(C1,C2,C3)[X-R2-R1-X]
Con esta información se llega a la rama:
A3.5. Ejemplos de modelos teleológicos.
Reacción
Ejemplo 2. Dado el siguiente diagrama de flujo de proceso para la producción de Amoniaco de la Figura A3.4.3., se desea conocer el modelo teleológico de la Meta-unitMU2-1-reaction.
Figura A3.4.3. Representación del nivel de abstracción 1 del proceso de Amoniaco.
El modelo teleológico para el MU2-1-reaction con base en la información del proceso y la hoja sería:
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Para el V-101:Modelo estructural: TE-103 - SV-101 - (TE-102 & OutputProcess21)
Especies químicas: N2,H2 (reactivos) y NH3 (producto principal)
C1 Separate and increase the concentration of chemical substances by means physico-chemical processes
C2 Separate the main product (NH3)] by flash from all chemical substances: N2, H2.
C3 Increase the concentration of NH3 until 95.3 %
Nota: Hay reactores pero no a la entrada o a la salida del V-100
S(C1,C2,C3)[X-S-X]
A3.5. Ejemplos de modelos teleológicos.
Separación
Ejemplo 3. Dado el diagrama de flujo de proceso para la producción de Amoniaco de la Figura A3.4.2., se desea conocer el modelo teleológico del sistema de separación V-101.
Datos del proceso (AHA!):T = 34.9 ºC P = 1.497e04 kPaConcentración NH3: 95.3 %
La hoja a la que se llega es:
El modelo teleológico para el V-101 con base en la información del proceso y la hoja sería:
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Datos del proceso:
[ROLE_INLET_STREAM] = Products[NAME-INLET-STREAM] = 30[WHO-X-CONNECTED-TO-OUTPUT] : S, “for separation system”[DELTA-TEMPERATURE] = 34.98 - 194.1 = -159.12[EFFECT-PHASE] : and cool the stream ([OBJECTIVE-TEMP] = “Cool”)
FVinput = 1FVoutput = 1
[OBJECTIVE-TEMP] = “Cool” (FVinput = 1 and FVoutput = 1 and Tinput > Toutput)+[NAME-EQUIPMENT-CONNECTED-TO-OUTPUT] = V-100
El modelo teleológico para el E-101 con base en la información del proceso y la hoja sería:
C9 Change the temperature of material stream(s)C5 Decrease the temperature of Products stream (30) to provide the conditions
required for separation system (V-100).C3 Decrease the temperature (in -159.12 ºC) of Products and cool the stream
T(C9,C5,C3)[X-S-X]
A3.5. Ejemplos de modelos teleológicos.
Temperatura
Ejemplo 4. Dado el diagrama de flujo de proceso para la producción de Amoniaco de la Figura A3.4.2., se desea conocer el modelo teleológico del enfriador (cooler) E-101.
Para el E-101:Modelo estructural: TE-104 - TE-101 - SV-100
Especies químicas: N2,H2 (reactivos) y NH3 (producto principal)
Nota: No hay reactores a la entrada o a la salida pero si hay un sistema de separación (V-100) a la salida del E-101.
La hoja a la que se llega es:
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Datos del proceso:
[DELTA-PRESSURE] = 1.505E+04 - 1.494E+04 = 110[TYPE-ROLE_INLET_STREAM] = Products[NAME-INLET-STREAM] = 16[TYPE-PHASE] = gaseous[WHO-X-CONNECTED-TO-OUTPUT] : T, “for temperature change step”+[NAME-EQUIPMENT-CONNECTED-TO-OUTPUT] = E-102
El modelo teleológico para el K-100 con base en la información del proceso y la hoja sería:
C9 Change the pressure of material stream(s)C5 Increase the pressure in 110 kPa of Products stream (name/phase: 16/ gaseous)
to provide the conditions required for temperature change step
P(C9,C6)[X-T-X]
A3.5. Ejemplos de modelos teleológicos.
Presión
Ejemplo 5. Dado el diagrama de flujo de proceso para la producción de Amoniaco de la Figura A3.4.2., se desea conocer el modelo teleológico del compresor K-100.
Para el K-100:
Modelo estructural: FTEE-101 - PK-100 - TE-102
Especies químicas: N2,H2 (reactivos) y NH3 (producto principal)Nota: No hay reactores ni sistemas de separación a la entrada o a la salida del K-100.
La hoja a la que se llega es:
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A3.5. Ejemplos de modelos teleológicos.
Flujo
Ejemplo 6. Dado el diagrama de flujo de proceso para la producción de Amoniaco de la Figura A3.4.2., se desea conocer el modelo teleológico del mezclador MIX-100.
Para el MIX-100:
Modelo estructural: (RPFR-100 & PVLV-100) - FMIX-100 - RPFR-101
Especies químicas: N2,H2 (reactivos) y NH3 (producto principal)Nota: No hay reactores ni sistemas de separación a la entrada o a la salida del K-100.
La hoja a la que se llega es: F(C3)[X-Mixer-X]
Datos del proceso:
[NUMBER_INPUT_STREAM]: 2[LIST_ROLE_INPUT-STREAM]: reactants[NEXT_STEP]: reaction[LIST_NAME_INLET-STREAM]: 4, 26[MASS-FLOW-STREAM]: 6.2e05, 258.6[LIST_NAME_OUTLET-STREAM]: 8
El modelo teleológico para el MIX-100 con base en la información del proceso y la hoja sería:
Combines two or more inlet streams to produce a single outlet strea.Combines 2 whit the role(s): reactants into a single outlet stream as preparation to reaction step.Combines 2 streams (4, 26) whit the mass flow: 6.2e05, 258.6 (kg/h) into a single outlet process stream (8) as preparation to reaction step
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Anexo 4 Reglas de agrupamiento de equipos de proceso.
Las reglas de agrupamiento forman parte del “motor” de inferencia de AHA!. A
continuación se describen las reglas de agrupamiento para cada uno de los equipos
de proceso genéricos descritos en la Tabla 2, así como para los dispositivos
denominados lógicos (logics). Estos últimos dispositivos forman parte del ambiente
de simulación Hysys.Plant™ y son considerados como información del estado
dinámico que un proceso puede tener al momento de extraer información.
1. Sistemas de Reacción. Estas unidades de proceso tienen como función general la transformación de la
materia mediante reacciones químicas. Debido a que los sistemas de reacción son
los que tienen mayor jerarquía, éstos son los últimos en agruparse. Existen dos
casos genéricos: 1) Reactor tipo tanque y Reactor tubular. En ambos casos la
información que debe guardarse al momento de agruparse es:
Nombre Nivel de abstracción No. de corrientes de entrada Nombre de corriente entrada No. de corrientes de salida Nombres corriente salida
2. Sistemas de Separación. Estas unidades de proceso tienen como función general la separación de la materia
mediante cambios físico-químicos.
Para este tipo de unidades de proceso existen varias posibilidades de agrupamiento:
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a) No hay reactores en el DFP: Los equipos de separación se agruparan en una
metaunit. Esta estructura será el último nivel de abstracción que se pueda
obtener del DFP en cuestión.
b) Si hay reactores en el DFP: Los equipos de separación se agruparán
formando la estructura denominada metaunit antes de agruparse a los
sistemas de reacción.
2.1. Extractor Líquido-líquido. En este tipo de separación la corriente de alimentación
está en fase líquida y el agente de separación es un solvente líquido. El principio de
separación es la diferencia de solubilidad. La información que se heredará será:
Nombre Nivel de abstracción No. de corrientes de entrada Nombre de corriente entrada No. de corrientes de salida Nombres de corrientes de salidaNo. de etapas
2.2. Separador simple (flash). En este tipo de separación la corriente de alimentación
puede ser líquido y/o vapor. El agente de separación que se utiliza es una cambio de
presión o la transferencia de calor. Como resultado de la separación, se obtiene una
corrientes de proceso en fase vapor y una en fase liquida. El principio de separación
es la diferencia de volatilidad. La información que se heredará será:
Nombre Nivel de abstracción No. de corrientes de entrada Nombre de corriente entrada Nombre corriente vapor Nombre corriente líquido
2.3. Separador de 3 fases. La operación de este equipo de separación es idéntico al
separador flash a diferencia de que en éste se obtienen tres corrientes de producto:
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una de vapor, una que contiene a los líquidos ligeros y otra a los líquidos pesados.
La información que se heredará será:
Nombre Nivel de abstracción No. de corrientes de entrada Nombre de corriente entrada No. de corrientes de salida Nombre de corriente de vapor Nombre corriente liquida ligera Nombre corriente liquida pesada
2.4. Columna de destilación. La operación de este equipo de separación es idéntico
al separador flash a diferencia de que en éste se utiliza solo la transferencia de calor
como agente de separación y varias etapas (platos o empaque) de separación. La
información que se heredará será:
Nombre Nivel de abstracción No. de corrientes de entrada Nombre de corrientes entrada No. de corrientes de salida Nombre de corrientes de salida No. de etapas
2.5. Absorbedor. Hay dos posibles casos: cuando es una columna para absorción de
vapor o de líquido. Para el caso de la absorción de vapor la corriente de alimentación
está en fase vapor y se utiliza como agente de separación un líquido absorbente. El
principio de separación es la diferencia de volatilidad. La información que se
heredará será la misma que en caso anterior. Para cuando se haga absorción de un
líquido la alimentación esta en fase líquida y el agente de separación es una vapor
absorbente.
2.6. Adsorbedor. En este tipo de separación la alimentación esta en fase vapor o
líquido y se utiliza como agente de separación un sólido adsorbente. El principio de
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separación es la capacidad de adsorción del sólido. La información que se heredará
será:
Nombre Nivel de abstracción No. de corrientes de entrada Nombre de corriente entrada Nombre de corriente de salida de vapor Nombre de corriente de salida de líquido Nombre de corriente de salida de sólidos
3. Cambio de Temperatura. Estas unidades de proceso tiene como función general un cambio de temperatura.
3.1. Calentador/Enfriador (Heater/Cooler). Será agrupado al equipo de proceso que
este conectado a la salida del calentador o enfriador. La información que se heredará
será:
Nombre Nivel de abstracción Nombre de corriente de entrada Nombre de corriente de salida Nombre de carga térmica Cambio de temperatura
Nota: La representación visual de la nueva Meta-unit deberá indicar que la corriente
de entrada es el resultado de una agrupación. El nuevo nombre de la corriente de
salida será “NombreCorrienteEntrada+NombreCorrienteSalida”. Además deberá de indicarse que
hay una carga térmica de entrada (para el caso del Calentador) o salida (para el caso
del Enfriador) a la Meta-unit.
3.2. Cambiador de calor (Heat exchanger). En el cambiador de calor hay dos
corriente de entrada: lado tubo y lado coraza. Se deben comparar las temperaturas
de las entradas para determinar cual es la mas caliente. Una vez determinada la
corriente de entrada caliente, el cambiador de calor se dividirá en dos “seudo-
cambiadores” de calor. Estos dos seudo-cambiadores se clasificarán en “lado
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caliente” y “lado frío”. El que corresponda a “lado caliente” será agrupado al equipo
de proceso que este conectado a la corriente de proceso previamente identificada
como caliente. La información que heredará a la nueva Meta-unit es el campo
denominado “Calor disponible”. Por otro lado, el que corresponda a “lado frío” será
agrupado al equipo de proceso que este conectado a la corriente de proceso
identificada como fría. La información que heredará a la nueva Meta-unit es el campo
denominado “Calor requerido”.
Nota: La representación visual de las nuevas Meta-units deberá indicar:
a) De los cuatro equipos de proceso conectados en un cambiador de calor (2 en
lado tubo y 2 en lado coraza) se harán 2 conexiones. Una entre los equipos
conectados a las corrientes de lado tubo y otra con las corrientes de lado
coraza. Los nuevos nombres de estas 2 corrientes serán el formado por los
nombres de la corrientes caliente y fría respectivamente.
b) Deberá indicarse que hay una cantidad de energía “disponible” para el caso de
la nueva Meta-unit caliente y una cantidad de energía “requerida” para el
caso de la nueva Meta-unit fría. La energía disponible y requerida serán
determinadas como la diferencia del flujo de calor de la corriente caliente y
fría respectivamente.
3.3. Enfriador de aire. Será agrupado al equipo de proceso que este conectado a la
salida del calentador de aire. La información que se heredará será:
Nombre Nivel de abstracción Nombre de la corriente de entrada Nombre de la corriente de salida Calor requerido
Nota: La representación visual de la nueva Meta-unit deberá indicar que la corriente
de entrada es el resultado de una agrupación. El nuevo nombre de la corriente de
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salida será “NombreCorrienteEntrada+NombreCorrienteSalida”. Además deberá de indicarse que
hay una carga térmica de salida a la metaunit.
4. Cambio de Presión. Estas unidades de proceso tiene como función general un cambio de presión.
4.1. Válvula. Será agrupada al equipo que esté conectado a la salida. La información
que se heredara será:
Nombre Nivel abstracción Nombre corriente entrada Nombre corriente salida Caída de presión
Para el caso en el que la válvula se encuentre como último dispositivo de salida de
proceso, ésta se agrupara al equipo de proceso que se encuentre conectado a la
entrada de la válvula. Para el caso en que este como primer dispositivo de entrada al
proceso, la válvula será agrupada al equipo de proceso que este conectado a la
salida de la misma.
Nota: La representación visual de la nueva Meta-unit deberá indicar que la corriente
de entrada es el resultado de una agrupación. El nuevo nombre de la corriente de
entrada de la Meta-unit estará formado por los campo de la válvula
“NombreCorrienteEntrada+NombreCorrienteSalida”.
4.2. Expansor. Será agrupado al equipo que esté conectado a la entrada. La
información que se heredará será:
Nombre Nivel de abstracción Nombre de corriente de entrada Nombre de corriente de salida Nombre de carga térmica Cambio de presión
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Nota: La representación visual de la nueva metaunit deberá indicar que la corriente
de salida es el resultado de una agrupación. El nuevo nombre de la corriente de
salida será “NombreCorrienteEntrada+NombreCorrienteSalida”. Además deberá de indicarse que
hay una carga térmica de salida a la Meta-unit.
4.3. Compresor. Será agrupado al equipo de proceso que este conectado a la salida
del compresor. La información que se heredará será:
Nombre Nivel de abstracción Nombre de corriente entrada Nombre corriente salida Nombre de carga térmica Cambio de presión
Nota: La representación visual es igual que pare el caso del expansor.
4.4. Bomba. Será agrupada al equipo de proceso que este conectado a la salida de
la bomba. La información que se heredará y la representación es la misma que para
el caso del compresor.
5. Cambio de Flujo. Este tipo de dispositivos tienen como función general la mezcla o división de
corrientes de materia de proceso.
5.1. Mezclador. Será agrupado al equipo con que se encuentre conectado a la
corriente de salida del mezclador. La nueva Meta-unit heredará la siguiente
información del mezclador:
Nombre Nivel de abstracción No. de corrientes de entrada Nombres de corriente entrada Nombre corriente salida
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Nota: La representación visual de la nueva Meta-unit deberá contener el mismo
número de entradas que tenia el mezclador.
5.2. Divisor. Será agrupado al equipo que se encuentre conectado a la corriente de
entrada. La nueva metaunit heredará la siguiente información del divisor:
Nombre Nivel de abstracción Nombre de corriente entrada No. de corrientes de salida Nombres corriente salida
Nota: La representación visual de la nueva metaunit deberá contener el mismo
número de salidas que tenia el divisor así como al identificador de la corriente. Los
nombres de las corrientes de salida se mantienen.
6. Logic devices. De la información que se obtiene del DFP de Hysys.Plant™, se cuenta con los
dispositivos lógicos. Este tipo de dispositivos contiene información sobre las
necesidades del proceso relacionadas con balances de materia y controlabilidad. La
información se heredará al equipo que esté conectado a la corriente de entrada con
que cuenta. La información que se heredará a la nueva Meta-unit será:
Nombre Nivel de abstracción Nombre de corriente entrada Nombre de corriente salida
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